用于猪慢性 ECoG 记录的贴合凸起电极网

更温和地聆听大脑

医生和工程师正致力于为大脑构建更好的“麦克风”，以便在不造成伤害的前提下治疗癫痫、瘫痪和视力丧失等疾病。本文介绍了一种新型柔软、可拉伸的传感薄片，它贴置于大脑表面，在猪身上连续数周记录电活动。通过改造并软化微小的金属接触点，研究团队展示了该装置如何更好地贴合大脑自然曲面、降低噪声，并在更大面积上更长时间地记录更清晰的信号——这是朝着更安全的脑—机接口和医学监测工具迈出的重要一步。

适应活动大脑的柔性网格

传统的大脑表面传感器通常是平的且相对僵硬，更像邮票而非保鲜膜。这存在问题，因为大脑不仅柔软——它还会脉动、轻微位移，并布满沟壑。作者设计了一种“网”状超薄塑料膜，采用类似弹簧的蛇形导线图案，能够随大脑轻柔地拉伸与弯曲。网格上布置了数十个凸起的金属垫，这些垫状结构压入覆盖大脑的薄膜，提高接触而不刺入组织。计算机模拟表明，每个凸起下的简化单一连接使薄片在覆盖弯曲脑模型时内部应力远低于早期更刚性的设计。

调校电接触以获得更清晰的信号

良好的机械接触只是挑战的一半；金属与大脑之间的电学“握手”同样重要。裸金属往往电阻较高，会增加噪声并模糊携带神经信息的微小电压变化。团队在金凸点上涂覆了一种名为 PEDOT:PSS 的导电聚合物，这种海绵状材料显著增加了与脑周盐性液体接触的有效表面积。实验室测试显示，该涂层将电极的电荷存储能力提升了近两个数量级，并在关键脑电信号频率下将电阻降低约七倍，同时在数千次电压循环和反复拉伸后仍保持稳定。即使在 2,500 次 10% 拉伸循环（超过大脑实际经历的程度）后，涂层仅在边缘产生纳米级裂纹，性能几乎未变。

拥抱大脑，减少噪声

为验证该设计是否确实更易贴合，研究人员将其可拉伸凸起薄片与平整不可拉伸薄片在软性脑形模型上进行比较。新设备能够平滑地包覆模型曲面，而平板薄片则出现皱褶并在边缘翘起。当横向拉动每片薄片时，凸起版本需要更大的力才能滑动，显示出更强的粘附性。在模仿神经信号的台面实验中，使用光触发脉冲在盐凝胶中产生信号，改良的凸起电极相比裸金属和涂层平板电极表现出更高的信噪比。换言之，相同的人工“尖峰”看起来更大更清晰，而随机背景噪声减小——这正是可靠解码脑活动所需的特性。

在猪脑上连续数周聆听

最终测试在活体动物中进行。团队将他们的可拉伸网格植入到小型猪的大脑运动区和视觉区表面，并用重新设计的密封室固定在颅骨上保护连接器。术后立即以及随后的数周内，电极记录到了持续的大脑节律以及对蓝光闪烁刺激产生的清晰反应，产生了具有可辨识峰值的视觉信号。在大约 22 × 22 平方毫米的植入区域内，薄片在五周的植入期内持续捕获有用信号。尽管界面处的电阻随着时间逐步上升、信噪比略有下降——这可能源于自然组织反应和运动——但凸起可拉伸设计在信号强度和各通道一致性上始终优于平板版本。

这对未来脑接口意味着什么

简而言之，这项工作表明，具有微小凸起垫的柔软可拉伸网格能够更好地“拥抱”大脑并更久更清晰地聆听。通过将机械顺应的网格、三维接触凸点以及精心选取的导电涂层相结合，作者在大动物模型中实现了稳定、低噪声的多周记录。虽然这些凸点尚不足以穿透组织或捕获深层信号，但该方法已为更安全、更舒适的大脑表面传感器提供了有希望的路径。这类设备未来可能帮助癫痫、瘫痪或感觉丧失患者，通过在尽量减少损伤和不适的同时，提供更可靠的脑活动窗口。

引用: 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

关键词: 皮层电图, 脑—机接口, 柔性电子学, 神经植入物, 生物相容传感器