工程研究人员发明了一种先进的脑机接口，具有灵活可模塑的背衬和穿透性微针。为这种脑机接口添加灵活的背衬，可以让设备更均匀地贴合大脑复杂的曲面，更加均匀地分布刺穿皮层地微针。比人类头发细10倍地微针从柔软的背衬中伸出，在不刺穿表面小静脉地情况下穿透脑组织表面，并将来自附近神经细胞地信号均匀地记录在大脑皮层地广阔空间中。

到目前为止，这种新型脑机接口已经在啮齿动物身上进行了测试，并于2月25日发表在了《Advanced Functional Materials》期刊上。这项工作由加州大学圣地亚哥分校电气工程教授Shadi Dayeh 实验室的一个团队和波士顿大学生物医学工程教授Anna Devor带领的研究人员共同领导。

图1 使用脑机的小鼠

这种新的脑机接口与Utah阵列相当并且优于Utah阵列，这是现有的具有穿透性微针地脑机接口地黄金标准。Utah阵列已经被证明可以帮助中风患者和脊髓损伤患者。植入Utah阵列的人可以通过他们的思想来控制机器人肢体和其他设备，这样他们就可以自主完成一部分的日常活动。

新型脑机接口的支持是灵活、可适应和可重新配置，而Utah阵列只有一个不灵活的支持。新型微针阵列背衬的灵活性和一致性有利于大脑和电极之间更紧密地接触，从而可以更好、更均匀地记录大脑活动的信号。研究人员以啮齿动物为模型物种，证实稳定的带宽记录在持续196天的植入期间产生了强大的信号。

此外，软背脑机接口的制造方式允许更大的传感表面，这意味着可以同时监测更大的大脑表面区域。在高级功能材料论文中，研究人员证明了一个具有 1,024 根微针的穿透式微针阵列成功地记录了由大鼠大脑的精确刺激触发的信号。与目前的技术相比，这代表了十倍的微针和十倍的大脑覆盖面积。

图2 脑机样式

更薄和透明的背衬

这些软背脑机接口比这类脑机接口的传统玻璃背衬更薄更轻。研究人员在他们的高级功能材料论文中指出，轻质、柔的背衬可以减少与传感器阵列接触的脑组织的刺激。柔性背衬也是透明的。在新论文中，研究人员证明，可以利用这种透明度来进行涉及动物模型的基础神经科学研究，否则这是不可能的。例如，该团队展示了来自穿透微针阵列的同步电记录以及光遗传学光刺激。

图3 脑机材质

双面光刻制造

新型大脑传感器背衬的灵活性、更大的微针阵列足迹、可重构性和透明性都归功于研究人员使用的双面光刻方法。从概念上讲，从刚性硅晶片开始，该团队的制造工艺允许他们在刚性硅晶片的两侧构建微观电路和器件。一方面，在硅晶片的顶部添加了一层柔韧的透明薄膜。在该薄膜中，嵌入了钛和金的双层迹线，使迹线与在硅片另一侧制造针的位置对齐。从另一面开始，在添加了柔性薄膜之后，所有的硅都被蚀刻掉了，除了独立的、薄的、尖的硅柱。这些硅尖柱实际上就是微针，它们的底部与在硅被蚀刻掉后留下的柔性层内的钛金迹线对齐。这些钛金迹线通过标准和可扩展的微细加工技术进行图案化，从而以最少的人工劳动实现可扩展的生产。制造过程为数以万计的微针提供了灵活的阵列设计和可扩展性的可能性。

未来用处

未来，新型脑机接口未来可以帮助构建闭环系统，通过信息采集设备采集真实环境的信息，然后将信息转变为电刺激，让行动不便或者意识障碍患者恢复部分机体功能。

参考：

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220315165029.htm

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202112045

撰稿人：陈希昶

审稿人：潘伟健