近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国科学院大学、上海高等研究院等机构组成的跨学科团队，成功研发出一种生物相容性超柔性电极阵列。该技术不仅解决了传统神经调控工具“电流高、损伤大、精度低”的痛点，更首次构建了可通过人类脑信号直接控制多只小鼠行为的“脑-脑接口系统”，为神经科学研究、神经疾病治疗及跨物种通信技术发展提供了核心解决方案。
摘要图示：双向脑机接口和脑-脑接口 @Exploration
超柔性电极阵列：实现精准、安全的神经调控
神经调控是揭示大脑功能、治疗帕金森病、抑郁症等神经疾病的核心手段，但长期以来受限于技术瓶颈：传统刚性电极需数十至数百微安的刺激电流，且因“刚性材质与软脑组织机械不匹配”，易引发神经元死亡、胶质瘢痕形成，导致调控精度下降；经颅磁刺激（TMS）空间分辨率仅达厘米级，光刺激则需对神经元进行基因修饰，难以实现临床转化。
“如何在精准调控神经活动的同时，最大限度降低对脑组织的损伤？”成为团队攻关的核心目标。研究团队提出的超柔性电极阵列，正是针对这一问题的创新答案。
该超柔性电极阵列通过精密微加工技术制备，核心设计与性能突破体现在三方面：
1. 材料与结构创新，实现“低阈值”调控
电极以金（Au）为基底，表面覆盖铂铱合金（PtIr）涂层，并采用聚酰亚胺（PI）封装，整体厚度仅约5微米——远薄于传统刚性电极。这一设计将电极阻抗从1.57±0.23兆欧（1kHz下）降至0.16±0.02兆欧，大幅提升电流传输效率。
实验显示，仅需4-5微安的刺激电流，即可精准诱导小鼠次级运动皮层（M2）介导的转向行为：刺激右侧M2时小鼠向左转向，刺激左侧M2时向右转向，电流强度较传统刚性电极降低1-2个数量级，从源头上减少了电流对脑组织的潜在损伤。
神经探针和铂铱涂层微电极的特写，以及部分性能测试 @Exploration
2. 多维度验证“高耐久性”，满足长期应用需求
为确保技术的实用性，团队对电极进行了严苛的耐久性测试：
体外电稳定性：经过1000万次双相脉冲刺激后，电极阻抗无显著变化，扫描电子显微镜（SEM）观察显示表面形貌未出现损伤；
机械稳定性：模拟脑组织长期微运动的30分钟超声处理后，电极阻抗保持稳定；
环境适应性：在室温下的磷酸盐缓冲液（PBS，模拟体液环境）中浸泡4周，或在60℃下浸泡4周（等效于人体37℃环境下20周），电极功能始终正常。
3. 生物相容性优异，长期植入“低损伤”
生物相容性是植入式神经器件的核心要求。研究通过两方面验证其安全性：
神经信号稳定性：刺激前后，电极记录的神经元放电率、动作电位波形（峰峰值维持在173.3-192.9微伏）、信噪比（12.5-13.9）均无显著变化，证明电极未影响神经元功能；
组织损伤对比：6个月植入实验显示，传统100微米直径的刚性微丝会在脑组织中形成约100微米的空洞及明显胶质瘢痕，而超柔性电极植入区仅出现极少量胶质细胞聚集，无明显神经元死亡或组织空洞，实现了“微创植入、长期兼容”。
生物相容性测试 @Exploration
拓展脑-脑接口：1人可同时控制2只小鼠，准确率超95%
在超柔性电极阵列的基础上，团队进一步构建了跨物种脑-脑接口（B2BI）系统，实现“人类脑信号→小鼠行为”的直接转化。
实验步骤如下：
1.信号采集：通过8通道脑电图（EEG）帽，采集人类枕叶的稳态视觉诱发电位（SSVEP）——当人类注视特定频率（8-15Hz）的闪烁图案时，大脑会产生相应频率的电信号；
2.快速解码：采用深度神经网络对SSVEP信号进行实时解码，网络设计包含时域、频域双分支，推理延迟仅需1.5毫秒，单被试信号解码准确率达98.1%；
3.行为控制：解码后的信号转化为8种指令（如“LL”代表两只小鼠均左转向、“RR”代表均右转向等），通过超柔性电极刺激小鼠M2区，实现行为控制。
基于人类大脑信号控制小鼠转向的脑-脑接口 @Exploration
实验结果显示，单个人类被试可同时控制2只小鼠，SSVEP信号解码准确率达98.75%，小鼠行为控制准确率更是高达95%-97.5%，首次验证了基于超柔性电极的跨物种多目标脑-脑接口的可行性。
研究意义：为神经科学与临床治疗开辟新路径
该研究的成果不仅在技术上突破了传统神经调控的局限，更具有广泛的应用前景：
1.对神经科学研究：为精准解析特定脑区功能、探索神经网络机制提供了高分辨率工具；
2.对临床治疗：低电流、低损伤的特性，为帕金森病、抑郁症、 神经病理性疼痛等神经疾病的深部脑刺激治疗提供了新方案，有望降低现有治疗的副作用；
3.对脑机接口发展：跨物种脑-脑接口的实现，为未来更复杂的脑机交互（如人与假肢、人与其他生物的信号通信）奠定了基础。
*本文基于《用于脑-脑接口的高精度、低阈值神经调控与超柔性电极阵列》（High-Precision, Low-Threshold Neuromodulation With Ultraflexible Electrode Arrays for Brain-to-Brain Interfaces），该研究为开放获取论文，4月17日发表于《Exploration》期刊，8月份被PubMed收录，相关成果可通过Wiley Online Library获取。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划等多个项目支持，通讯作者团队包括来自中国科学院上海微系统与信息技术研究所、上海高等研究院等机构的王振宇、李孟、陶虎、孙鎏炀等，共同一作为Yifei Ye, Ye Tian, Haifeng Liu, and Jiaxuan Liu等人。
DOI：https://doi.org/10.1002/EXP.70040
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