[NSR] 脑-机接口新方案！利用侧脑室植入实现稳定植入与记忆引导解码

脑-机接口（BCI）的长期稳定性始终是限制其应用的重要问题。传统侵入式方案多依赖皮层表面或皮层内电极，虽然能够获得较高质量的神经信号，但在慢性阶段往往伴随显著的免疫反应和信号衰减。近期，清华大学、北京航空航天大学、中国医学科学院团队报道了一种新的BCI思路：将电极部署于侧脑室内，通过脑脊液环境获取神经电活动信号。

该研究设计并验证了一种可在脑室内展开的柔性电极结构，系统评估了其在长期神经记录、生物相容性以及记忆引导决策解码中的表现。整体结果表明，侧脑室可以作为一种稳定、低免疫负担且具有认知相关信息获取潜力的BCI通路。

侧脑室电极与植入示意图

侵入式BCI在设计上往往面临信号质量与长期稳定性之间的权衡。电极与神经元距离越近，记录信号越清晰，但组织反应和机械失配问题也越突出。皮层 ECoG 和皮层内微电极在慢性植入中常出现胶质细胞活化、组织重塑以及由脑搏动引起的微运动，从而影响信号一致性。血管内BCI虽然在一定程度上降低了手术创伤，但其长期安全性仍受制于血管反应和抗凝需求。

侧脑室提供了一种不同的解剖环境。作为脑内最大的脑脊液腔隙，其内部细胞成分稀少，力学环境相对温和，同时在空间上邻近皮层及海马、丘脑等深部结构。此外，外脑室引流在临床中的广泛应用，也为器件递送提供了一条成熟可行的路径。

基于这些特点，研究提出将BCI从脑实质中“移开一步”，部署在脑室系统中，以探索其对长期稳定性和信息获取能力的影响。

脑室壁的结构特点决定了其不适合与刚性器件长期接触。针对这一问题，研究团队设计了一种可在脑室内展开的柔性电极，其结构灵感来自传统灯笼的受力方式。电极在植入过程中保持收拢状态，通过狭窄通道进入目标位置；到达侧脑室后，在轻微外力作用下径向展开，与脑室壁形成柔顺贴合。

该电极基于柔性印刷电路板制造，通过结构重构形成三维形态。每个接触单元采用弓形结构，有助于分散应力并缓冲脑脊液脉动带来的微运动。有限元分析结果显示，在相同位移条件下，该结构对脑室壁造成的最大形变显著小于刚性金属支架，同时在展开过程中材料应力水平远低于失效阈值。

电极设计与力学分析

为评估侧脑室接口的信号性能，研究将其与材料一致、但植入于皮层表面的 ECoG 电极进行了长期对照。静息态频谱分析显示，两种接口的最大有效带宽相近，均可覆盖数百赫兹，说明脑室位置并未显著限制信号频谱范围。

在稳态诱发实验中，差异逐渐显现。无论是视觉稳态诱发电位还是听觉稳态反应，皮层 ECoG在术后早期通常具有略高的信噪比，但随后呈现持续下降趋势。相比之下，侧脑室电极在数月尺度内保持了相对稳定的信号幅度和信噪比，并在中后期表现出优势。

长期电信号记录实验结果

长期信号稳定性的差异与电极周围的免疫反应密切相关。免疫组织化学分析显示，皮层 ECoG 植入后伴随持续的微胶质细胞激活，而侧脑室电极仅在术后早期出现短暂反应，并在随后的观察中逐渐恢复至与对照组相当的水平。

这一结果表明，将电极置于脑脊液环境并减少与脑实质的直接机械耦合，有助于降低慢性免疫反应的发生概率。

与传统软膜上ECoG电极的免疫染色对比

考虑到侧脑室与海马等记忆相关结构的空间邻近性，研究进一步评估了其在认知任务中的应用潜力。研究采用了一种记忆引导的 T 迷宫范式，并基于 EEG 微状态序列构建分类模型，用于预测大鼠即将做出的左/右选择。

记忆分类任务设计

结果显示，侧脑室BCI在该任务中的解码准确率显著高于皮层 ECoG，在部分条件下可接近 98%。微状态空间分布分析表明，侧脑室接口捕获的判别特征更多分布于海马和纹状体邻近区域，而皮层 ECoG 的特征主要集中于皮层区域。

解码分类结果

需要指出的是，脑室记录的信号更可能反映经脑脊液体积传导的场电位，而非局部神经元活动。但这种特性也可能正是其在长期稳定性和网络级信息表达方面具有优势的原因。

总体而言，该研究表明，侧脑室可以作为侵入式BCI的一种可行替代通路，在长期稳定记录和认知相关信息解码方面展现出潜力。未来工作仍需在器件尺度、人类脑室结构适配、脑脊液动力学影响以及长期安全性等方面进一步探索。

本文第一作者为北京航空航天大学助理教授孙艺珂，清华大学高雅萱博士、王可微为共同第一作者，清华大学刘冉教授、中国医学科学院陈小刚研究员、清华大学鲁白教授与高小榕教授为共同通讯作者。

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