侵入式脑机接口被认为是连接神经系统与外部设备的重要方式,瘫痪康复、癫痫监测、神经疾病研究诸上具备应用潜力。但要真正走向临床并实现规模化应用,必须解决“长期稳定”此关键问题:植入后能否数月乃至更长时间内持续、稳定采集高质量神经信号,直接关系到系统的可用性与安全性。问题在于,大脑并非静止结构。呼吸、心跳、体位变化以及日常细微运动都会引发脑组织轻微形变与位移。传统柔性电极虽比刚性电极更柔软,但整体多为线性或相对固定形态,面对持续动态运动难以同步顺应,容易产生相对滑移,进而引起信号漂移、通道失效,甚至出现电极从脑组织中脱出。国际上对应的探索持续推进,但实际植入中仍有电极脱出等情况发生,也反映出这一问题的普遍性与复杂性。 从原因看,核心矛盾集中在“高通量”与“低损伤”的平衡:一上,增加通道数量、拓展带宽是提升解码能力与覆盖更多应用场景的关键;另一方面,通道越多、结构越复杂,对材料、力学设计与生物相容性的要求就越高。若电极与脑组织力学匹配不足,反复微运动会放大局部剪切力,诱发免疫反应与胶质增生;胶质斑痕形成后,信号衰减会加快,最终影响长期稳定性。这也是侵入式脑机接口从“可植入”迈向“可长期使用”的主要卡点。 针对这一行业共性难题,方英团队提出并研制出一种新型高通量可拉伸柔性电极架构。其特点是电极可微尺度上随脑组织运动发生“伸缩形变”,以更小的机械约束实现动态贴合。团队披露的实验结果显示,该电极所需拉伸力度明显降低,相比传统线性电极更能顺应脑组织变化,有望减少对组织的机械刺激与潜在损伤,并从源头降低免疫反应与胶质斑痕形成风险。相关成果已于2月5日发表在国际期刊《自然·电子学》。 影响层面,这一进展不仅是材料或结构上的改良,也为侵入式脑机接口的系统工程提供了新基础方案。作为信号采集的前端接口,电极的稳定性决定后端算法、无线传输、功耗管理等模块能否稳定发挥性能。团队还介绍,已基于可拉伸柔性电极构建高通量无线侵入式脑机接口系统,并通过优化生物相容性与信号传输带宽,提升长期信号稳定性与解码精度。这意味着未来在相近的植入条件下,有望获得更可靠的数据来源,为康复训练、意念控制、闭环刺激等应用奠定基础。 对策层面,推动脑机接口走向临床与产业化,还需要打通从基础研究到工程验证再到规范应用的链条:一是加强跨学科协同,推动材料、微纳制造、神经科学、临床医学与电子信息工程联合攻关;二是加快建立植入器械的长期安全评价体系与标准,覆盖耐久性、组织反应、失效模式与可维护性等指标;三是以临床需求为导向,优先在适应证明确、风险可控、获益可评估的场景开展循证研究,再逐步扩大应用范围;四是完善数据安全、伦理审查与随访管理机制,为规模化应用提供制度支撑。 前景上,国家层面已将“脑机接口”纳入前瞻布局的未来产业方向。中国信息通信研究院测算显示,我国脑机接口企业数量已超过200家,预计2030年产业市场规模有望达到100亿至140亿元。随着关键器件与系统方案持续突破,产业链有望从“概念验证”走向“产品迭代”,从“单点示范”迈向“规范应用”。同时也需看到,侵入式脑机接口仍面临手术风险、长期随访、成本控制和公众认知等挑战。未来竞争焦点,可能集中在长期稳定性、可制造性与临床可及性的综合能力上。
可拉伸柔性电极技术的进展说明了我国脑机接口领域的自主创新能力;这项成果有望缓解长期稳定性这个核心难题,并为后续规模化应用提供关键支撑。当前,脑机接口正处于从基础研究走向应用转化的阶段,仍需要更多原创技术与系统工程能力的持续投入。随着产业生态完善与政策支持加力,这一前沿技术有望在医疗康复与提升生活质量诸上释放更大价值。