脑智卓越中心利用超柔性电极在非人灵长类中实现大规模单细胞信号记录和脑机接口运动控制-j9九游会登录入口

　　  10月23日，《advanced science》期刊在线发表了题为《》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）赵郑拓研究组与临港实验室李澄宇研究组合作完成。该研究通过构建适用于非人灵长类皮层长期埋植的超柔性微电极及配套植入方案，在实验猴的视皮层及运动皮层进行了长期埋植及单细胞水平神经信号记录，并进行了运动脑机接口等功能验证。此研究首次实现了使用超柔性微电极在非人灵长类中进行长期大规模单细胞水平的神经信号采集，为灵长类的基础神经科学研究以及脑机接口的临床应用提供了强有力的工具。 

　　对脑活动的高时空分辨率、高通量采集是深入理解脑功能的重要基础。随着脑机接口技术的蓬勃发展以及其在运动功能修复等临床治疗中展现的突出优势，在非人灵长类及人类大脑中实现长期稳定的高时空分辨率、高通量神经信号采集，已经成为目前神经科学领域及临床医疗的热点之一。  

　　现有的部分侵入式神经电极（如犹他电极、neuropixels探针），虽然能够提供单细胞分辨率和百/千通道级的神经信号采集，但这些电极多由金属微丝、硅等硬质材料构成，与柔软的脑组织的相容性较差，长期埋植会累积免疫反应，在电极周围造成神经元死亡和胶质瘢痕包裹，使得记录到的神经信号质量逐渐降低，无法构成稳定的电极-神经界面。随着材料学及微纳加工技术的不断发展，近年来出现的超柔性微电极为克服上述难点提供了新的j9九游会登录入口的解决方案。超柔性微电极的机械特性使得其与脑组织有良好的相容性，能够有效降低长期埋植过程中积累的免疫反应，从而形成紧密、稳定的电极神经界面。在小鼠中，超柔性微电极已经实现了千通道级、长达10个月的单细胞信号采集；然而，超柔性微电极在非人灵长类中的记录性能有待验证。  

　　本研究较为系统地探究了超柔性微电极在实验猴皮层进行大规模长期单细胞级分辨率神经信号记录的可行性。 为了适应在非人灵长类的皮层进行植入，赵郑拓研究组通过材料优化和工艺改进，使电极在不损失其柔性的前提下，显著提升了抗拉伸能力，使电极在以较高的速度穿过非人灵长类坚韧的软脑膜时依旧保持结构和功能完整。另一方面，团队成员也优化了电极位点排布，使其能够覆盖不同深度的皮层区域。与此同时，赵郑拓研究组也与杨天明研究组、临港实验室李澄宇研究组合作摸索了适用于超柔性微电极的模块化植入手术方案，成功在实验猴皮层进行了最高896通道植入，成功采集到了大规模单细胞动作电位（图a）。在长期记录中，从3只实验猴共计获得2813个神经元，最长记录达240天。  

　　在此基础之上，赵郑拓研究组与临港实验室李澄宇研究组对超柔性微电极在非人灵长类中的记录性能进一步进行了功能性验证。在实验猴的视皮层中，超柔性微电极能够有效解析神经元对有效解析神经元对移动方向光栅朝向的偏好性的偏好性。同时，电极位点在三维空间上的覆盖使其能够同时测量一定皮层体积中神经元的感受野，极大提升了测量效率（图b）。在实验猴的运动皮层中，团队测试了超柔性微电极采集到的神经信号能否支持运动脑机接口，即通过记录的运动皮层神经活动直接对屏幕上的光标进行实时控制。结果显示，通过单个超柔性微电极采集到的不同皮层深度的神经活动，即可有效控制光标的移动，且控制效果与手动控制类似（图c）。这一结果为后续进一步发展低创的侵入式运动脑机接口提供了初步验证。  

　　该研究成功建立了在非人灵长类中长期进行大规模单细胞水平神经记录的有效手段，克服了传统硬质电极面临的植入损伤大、组织相容性差、长期埋植信号不稳定、记录通量有限等缺陷，为涉及灵长类的基础神经科学研究以及使用电极技术进行治疗及干预的临床应用，提供了全新的j9九游会登录入口的解决方案。  

　　该研究由硕士研究生田一昕、研究助理王成尧与副研究员尹家鹏，在脑智卓越中心任驰副研究员、赵郑拓研究员与临港实验室李澄宇研究员的指导下完成，研究组的其他成员积极参与，并得到了脑智卓越中心杨天明研究员、李雪青年研究员、脑智卓越中心非人灵长类研究平台、微纳加工平台的大力协助，是众多研究组和支撑平台通力合作的重要成果。本工作得到中国科学院、科技部、上海市、临港实验室的资助。 

　　图注（a）超柔性微电极在实验猴视皮层中记录到的单细胞动作电位波形示例。（b）使用超柔性微电极在实验猴视皮层中进行感受野测量。（c）使用超柔性微电极在实验猴运动皮层中构建运动脑机接口，通过神经活动直接控制光标移动的效果与手控类似。