 放大镜视野下的60通道神经纤维电极。研究团队供图
■本报记者 刁雯蕙
在脑机接口等神经接口系统中，电极是连接电子设备和生物神经系统的核心界面传感器，是“接口”的核心所在。然而，当前植入式电极均是静态的，植入后只能固定位置、局限采集，在免疫反应中“被动挨打”乃至传导失效，严重制约了脑机接口的应用和未来发展。 9月17日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称深圳先进院）研究员刘志远、副研究员韩飞团队联合研究员徐天添团队，以及东华大学教授严威团队，历经5年多协同攻关的研究成果发表于《自然》。团队成功研发出如头发丝般纤细、柔软可拉伸、可自由驱动的神经纤维电极——NeuroWorm（神经蠕虫）。研究首次提出了脑机接口“动态电极”的新范式，打破了植入式电极的静态传统，为脑机接口电极研究与应用开辟了新方向。 植入式脑机接口电极开启“游走”模式 脑机接口分为非植入式、半植入式与全植入式。其中，全植入式脑机接口技术因电极直接与神经元“对话”，可实现其他方式无法企及的监测精度，具有更丰富的功能。然而，传统植入式电极植入后不仅无法动态调整植入位置，也无法对周边环境作出响应性调整。 在2020年11月的一次例会上，刘志远和课题组成员讨论：“从临床需求看，如果我们开发出一种非常细、非常软又能运动的多通道纤维电极，或许能弥补当前电极领域的不足。” 但得到这种电极并非易事，不仅要解决多个技术难点，还需要不同领域的工程技术人才一起合作。徐天添团队长期专注于磁驱动微型机器人研究，在磁性材料制备及微纳机器人精确操控方面积累了丰富经验。 针对传统柔性电极的静态特性及其导致的问题，刘志远在和徐天添探讨后，决定两个课题组共同探索如何在柔性电极中引入微小磁性组件，并利用外部磁场使电极植入后仍具备可调节、可运动的动态特性。 研究团队首先要解决的难题，便是如何在一根直径约200微米的纤维上布局数十个独立的电极通道。这相当于在一根头发丝上拆分并雕刻出数十根长度一致、彼此不能交叉的细线，还要保证这根纤维足够柔软、可拉伸。 团队成员谢瑞杰此前制备出厚度仅数百纳米的超薄薄膜电极。在此基础上，他想到，如果将薄膜“卷起来”，就能变套ñcp打返水方案79;台怎么发现对打赚返水;Ò电子刷水套利论坛33;是对冲吗知乎成微米尺度的纤维。经过超薄柔性薄膜制备、导电图案设计、软硬接口设计和制造等多个精细步骤，研究团队历时5年多，终于制备出拥有沿着纤维长度方向独立分布的、多达60个通道、直径仅196微米的柔软可拉伸纤维电极。 为了让制备的电极“动起来”，团队在电极一端增加了微小的磁头，结合高精度磁控系统和即时影像追踪技术，使电极能够在体内自主调控前进方向，并稳定记录高质量生物电信号。这样的“动态电极”可以在兔子颅内“游走”，根据需要主动更换监测目标。研究团队将其命名为NeuroWorm。 在外周肌肉上也能“动起来” 研究团队表示，NeuroWorm的诞生不仅为脑机接口开辟了新路径，而且其应用远不止于大脑——他们首次实现了电极在肌肉内的长期植入与稳定工作。 与大脑相比，外周肌肉在运动过程中会产生更大幅度的形变和拉伸，对电极的柔软性、耐久性和信号稳定性提出了更高要求。NeuroWorm凭借微型化、可拉伸的结构优势，在肌肉内依然能紧密贴合组织，并保持高质量信号采集，为外骨骼控制、康复辅助以及日常环境中的人机协同提供了可能。 团队利用微创植入技术，成功使NeuroWorm在大鼠腿部肌肉内稳定工作超过43周。值得一提的是，电极植入13个月后，其周围形成的纤维包裹层厚度平均不足23微米，周围组织的细胞凋亡率与正常组织相当，展现了优异的长期生物相容性。相比之下，传统不锈钢丝电极在相同条件下包裹层厚度超过451微米，且伴随显著的细胞凋亡反应。 与此同时，在外部磁场的操控下，NeuroWorm在肌肉表面实现游走，可在植入后一周内每天变换位置进行监测。 “研究过程中，我们不仅要确保电极信号传输的稳定性、防水性，还要精准控制电极在实验动物体内运动。在很长一段时间里，我们大部分工作是不断改进、调整，进行动物实验测试，最终得到了符合要求的电极。”韩飞回忆。 “这一成果标志着生物电子学领域的重要突破，使传统的被动固定式植入电极首次迈向可主动控制、智能响应、与生物组织协同运动的全新阶段，&平Öcp打返水方案88;怎么发现对打赚返水trong>电子刷水套利论坛#22871;利是对冲吗知乎为神经系统功能的长期动态监测提供了全新的技术路径。”徐天添表示。 多学科协同助推脑机接口发展 近年来，随着人工智能、神经生物学、生物传感器与柔性电子等的不断突破，脑机接口技术已不再依赖单一学科的驱动，更需要多学科的深度融合与协同合作。正是在这一背景下，深圳先进院通过整合院内多科学力量，实现了“动态电极”的新范式突破，同时布局推进柔性生物界面电极的产业化发展。 此前，刘志远团队基于柔软可拉伸导电材料的技术积累，率先实现了柔软可拉伸电极阵列的工程化量产，并通过了相关的二类医疗器械注检，应用于体表高密度肌电监测与刺激等场景，尝试取代传统的硬质不可拉伸电极阵列，已实现向包括欧洲客户在内的电生理公司供货。 “尽管我们取得了一些应用突破，又提出了‘神经蠕虫’的新理念，但电极植入后仍面临免疫排异和长期稳定工作等挑战。如何实现电极与人体组织更好地融合，提高信号读取精准度和稳定性，是未来的重要研究方向。”刘志远表示，未来植入式电极还需在驱动方式、速度控制、材料优化、功能集成、长期相容性等方面开展研究，这需要全球科学家的共同努力。 徐天添介绍，研究团队首次将磁控驱动技术应用于植入式电极，也为磁控微纳机器人领域带来宝贵的经验和数据，有望推广到早期的植入式医疗设备中，为动态监测生理信号提供新的解决方案。 据了解，该研究有望为纤维器件制备提供新思路，也为脑科学研究、神经调控、脑机接口、人机协同等领域提供新工具。未来，研究团队将继续在动态柔性电极和“活性”主动响应型柔性电极领域进行深入研究，推动脑机接口技术的发展进程。 相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41586-025-09344-w 《中国科学报》(2025-09-18 第1版 要闻) 特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。 | 