Конформная электродная сетка с выпуклыми контактами для хронических записей ЭКОГ у свиней

Более мягкое «слушание» мозга

Врачи и инженеры работают над созданием лучших «микрофонов» для мозга, чтобы лечить состояния вроде эпилепсии, паралича и потери зрения, не причиняя вреда. В этой статье представлен новый тип мягкой, растягиваемой сенсорной пластины, которая размещается на поверхности мозга и регистрирует его электрическую активность в течение нескольких недель у свиней. За счёт изменения формы и смягчения крошечных металлических контактных площадок команда показывает, что устройство лучше повторяет естественные изгибы мозга, снижает шум и фиксирует более чистые сигналы на более широкой площади и дольше — важный шаг к более безопасным интерфейсам «мозг‑компьютер» и медицинским системам мониторинга.

Мягкая сеть, приспосабливающаяся к движущемуся мозгу

Традиционные сенсоры для поверхности мозга плоские и относительно жёсткие, скорее похожие на почтовую марку, чем на пищевую плёнку. Это проблема, потому что мозг не только мягкий — он ещё и пульсирует, слегка смещается и полон борозд и гребней. Авторы разработали «сеть» из ультратонкой пластиковой плёнки, прорисованной змееобразными, пружинящими трассами, которые аккуратно растягиваются и сгибаются вместе с мозгом. На этой сети расположены десятки приподнятых, выпуклых металлических контактных площадок, которые прижимают тонкую оболочку мозга, улучшая контакт без проникновения в ткань. Компьютерное моделирование показало, что упрощённое одиночное соединение под каждой выпуклостью позволяет пластине гибко приниматься по кривизне модели мозга с гораздо меньшими внутренними напряжениями, чем у более жёстких прежних конструкций.

Настройка электрического контакта для более чистых сигналов

Хороший механический контакт — лишь половина задачи; важно и электрическое «пожатие рук» между металлом и мозгом. Голый металл обычно имеет сравнительно высокое электрическое сопротивление, что добавляет шум и размывает крошечные изменения напряжения, несущие нейронную информацию. Команда покрыла золотые выпуклости проводящим полимером PEDOT:PSS — губчатым материалом, который существенно увеличивает эффективную площадь соприкосновения с солёной средой вокруг мозга. Лабораторные испытания показали, что такое покрытие увеличивало ёмкость накопления заряда электрода почти на два порядка и снижало его электрическое сопротивление на частотах, важных для сигналов мозга, примерно в семь раз, оставаясь стабильным после тысяч циклов напряжения и многократных растяжений. Даже после 2500 циклов растяжения на 10% — больше, чем ожидалось бы при движениях мозга — покрытие сохраняло работоспособность с лишь наноразмерными трещинами по краям.

Прижим к мозгу и снижение шума

Чтобы проверить, действительно ли такая конструкция лучше прилипает, исследователи сравнили их растягиваемую «выпуклую» пластину с плоской, не растягиваемой версией на мягкой модели формы мозга. Новое устройство плавно облегало кривизны модели, тогда как плоская пластина морщинилась и отставала по краям. При боковом сдвиге каждая пластина требовала разной силы: выпуклая версия требовала значительно большего усилия для соскальзывания, что указывает на более сильную адгезию. В настольном испытании, имитирующем нервные сигналы с помощью световых импульсов в солёном геле, модифицированные выпуклые электроды давали значительно более высокие отношения сигнал/шум, чем и голые металлические, и плоские покрытые электроды. Иначе говоря, тот же искусственный «спайк» выглядел больше и чище, а случайный фоновый шум уменьшился — как раз то, что нужно для надёжной декодировки активности мозга.

Недельные записи с мозгов свиней

Кульминационное испытание прошло на живых животных. Команда имплантировала растягиваемую сеть над моторной и зрительной областями мини‑свиней, затем защитила разъём перенастроенной герметичной камерой, зафиксированной на черепе. Сразу после операции и в течение нескольких недель электроды регистрировали текущие мозговые ритмы, а также чёткие ответы на вспышки синего света, стимулировавшие глаза свиней и дававшие визуальные сигналы с распознаваемыми пиками. В течение пяти недель имплантации на площади около 22 × 22 мм2 пластина продолжала фиксировать полезные сигналы. Хотя электрическое сопротивление на интерфейсе постепенно росло, а отношение сигнал/шум немного падало со временем — вероятно из‑за естественной реакции ткани и движений — выпуклая растягиваемая конструкция последовательно превосходила плоские варианты по силе сигнала и однородности между каналами.

Что это значит для будущих интерфейсов с мозгом

Проще говоря, эта работа демонстрирует, что мягкая, растягиваемая сетка с небольшими приподнятыми контактами может лучше «обхватывать» мозг и дольше слушать его более чётко. Комбинируя механически податливую сеть, трёхмерные контактные выпуклости и тщательно подобранное проводящее покрытие, авторы добились стабильных, низкошумных записей в модели крупного животного в течение нескольких недель. Хотя эти выпуклости пока недостаточно остры, чтобы проникать в ткань или захватывать сигналы из глубоких слоёв, подход уже представляет собой перспективный путь к более безопасным и комфортным сенсорам для поверхности мозга. Такие устройства в будущем могут помочь людям с эпилепсией, параличом или потерей чувств, обеспечивая более надёжное окно в активность мозга при минимизации повреждений и дискомфорта.

Цитирование: Wang, M., Jiang, H., Ni, C. et al. Conformal bumped electrode web for chronic ECoG recordings in swine. Microsyst Nanoeng 12, 95 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01180-w

Ключевые слова: электрокортикография, интерфейс «мозг‑компьютер», гибкая электроника, нейроимплантаты, биосовместимые сенсоры