神經(jīng)探針是一種用來記錄神經(jīng)活動(dòng)的針狀電傳感器，是腦科學(xué)研究和腦機(jī)接口中的核心技術(shù)。北京大學(xué)研究人員通過技術(shù)創(chuàng)新成功研發(fā)一種高密度、高通道的神經(jīng)探針，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)獼猴大腦全深度、高通量神經(jīng)元活動(dòng)的記錄。其單根探針上集成了1024個(gè)可同時(shí)記錄的神經(jīng)信號(hào)通道，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。該成果24日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·神經(jīng)科學(xué)》。

圖為“神經(jīng)卷軸”探針在全腦尺度記錄神經(jīng)活動(dòng)示意圖。(受訪者供圖)

　　在整腦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多腦區(qū)、長(zhǎng)時(shí)間、高通量、高時(shí)空分辨神經(jīng)活動(dòng)的記錄，對(duì)理解大腦的神經(jīng)機(jī)制、調(diào)控神經(jīng)活動(dòng)具有重要意義。已有的高通道神經(jīng)探針主要適用于鼠等嚙齒類動(dòng)物腦研究，即便用于靈長(zhǎng)類動(dòng)物腦研究，也難以覆蓋其整腦尺度。

　　北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院段小潔研究員團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種超薄柔性微電極陣列薄膜，通過如“卷軸”般特殊的繞卷組裝工藝，制造出名為“神經(jīng)卷軸”的神經(jīng)探針。該探針長(zhǎng)度可在1厘米到1分米范圍內(nèi)靈活設(shè)計(jì)，從而匹配從嚙齒類到靈長(zhǎng)類動(dòng)物的大腦尺寸。

　　制備高通道神經(jīng)探針的一個(gè)主要瓶頸是神經(jīng)探針和后端電子器件之間的連接。良好的電學(xué)連接可實(shí)現(xiàn)神經(jīng)信號(hào)的精準(zhǔn)采集與傳輸。為此，研究團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了高密度柔性冷焊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“神經(jīng)卷軸”探針與后端電子器件的集成化、高密度連接。

圖為9厘米長(zhǎng)的“神經(jīng)卷軸”探針實(shí)物。(受訪者提供)

　　段小潔介紹，團(tuán)隊(duì)利用“神經(jīng)卷軸”探針，在獼猴大腦中實(shí)現(xiàn)了從腦表面皮層至顱底全深度覆蓋的超700個(gè)單神經(jīng)元活動(dòng)的同時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，還在大鼠大腦中實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)兩年的穩(wěn)定神經(jīng)記錄，展現(xiàn)出該探針優(yōu)異的生物相容性和長(zhǎng)期記錄穩(wěn)定性。

　　中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)國(guó)家生物醫(yī)學(xué)成像科學(xué)中心主任程和平表示，這一突破性成果為多腦區(qū)活動(dòng)的高通量同步監(jiān)測(cè)、探究神經(jīng)活動(dòng)與行為學(xué)間的關(guān)系提供有力工具，未來通過多根探針的植入，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)從數(shù)千到上萬個(gè)通道的神經(jīng)記錄，將對(duì)基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)和腦機(jī)接口等轉(zhuǎn)化神經(jīng)科學(xué)研究帶來變革性影響。