來自中國和日本的研究團隊開發出一種超柔性的腦植入電極陣列，克服了腦-電腦介面（BCI）中的一個主要障礙：剛性金屬電極與柔軟腦組織之間的物理不匹配，這通常導致慢性炎症和信號衰減。這項發展源於清華大學深圳國際研究生院、東京大學以及中國科學院深圳-香港腦科學研究所。研究人員在動物實驗中測試了這種柔性腦植入物，結果顯示其在長達 18 個月的時間內實現了長期信號清晰度和安全穩定的功能。
尋求高度功能性腦-電腦介面的神經科學家常常面臨柔軟腦組織的挑戰。人腦自然柔軟，而植入腦內以讀取思想或恢復運動的先進電極陣列則是由如鉑這樣的剛性金屬構成。當硬物接觸柔軟的組織時，摩擦力會占上風。隨著時間的推移，腦組織因運動而晃動，金屬與腦組織摩擦，慢性炎症形成保護性疤痕組織，導致信號衰減，植入物失去功能。
新型腦植入電極陣列顯示出長期穩定性
這項新發展基於一種全有機的超柔性植入材料，稱為 Chip（具有界面滲透性的導電水凝膠）。過去，使用水凝膠這類膨脹的聚合物網絡進行腦植入物的研究困難重重。這些材料雖然具有生物相容性，但存在一些問題，例如電導率較差以及在與體液接觸時像海綿一樣膨脹。膨脹會扭曲電極通道的微觀網格，毀壞微工程的希望。研究人員通過創新的製造技術克服了這些問題。
首先，水凝膠被預先固定在一個剛性、超薄的聚對苯二甲酸乙二醇酯（parylene）基底上，以完全鎖定其形狀。然後，利用高精度的光刻技術在完全乾燥的狀態下進行雕刻。最終結果是一個僅有 9 微米厚的 128 通道陣列，遠比人類頭髮的直徑還要薄。此外，微觀通道被緊密地排列，以實現比以往任何水凝膠植入物高 10 倍的數據密度。根據研究論文，其電導率為 2,512 S/cm，能夠捕捉細胞思想的微弱信號。
為了檢驗這種材料能否在活體內的潮濕環境中生存，研究團隊將電極陣列植入兔子體內。在超過 550 天的時間裡，這些自由活動的動物能夠穩定地傳播清晰的神經活動。即使在 18 個月後，信號與噪聲比仍保持在 94%的清晰度。當研究人員通過組織學染色檢查腦組織時，發現幾乎沒有炎症，沒有強烈的免疫反應，也沒有厚重的疤痕組織。研究團隊在論文中指出：「所產生的全有機 ECoG 陣列符合皮層表面，最大程度地減少外來物體反應，提供卓越的信號質量，最長記錄達 550 天。」
《南華早報》（SCMP）報導指出，該材料在耐用性和安全性方面表現出色，能夠承受 1,000 次的 30%拉伸循環，這是實際腦組織所能忍受的最大變形。在這種強烈的壓力測試中，材料保持了穩定的電性能，導電性變化小於 4%。腦-電腦介面技術正在迅速進步，但其在體內的長期存活一直是其弱點。侵入式腦植入物理想上應該能持續一生，而不僅僅是幾年。這種新型有機水凝膠最終可能在機器與思想之間提供一個持久的解決方案。
