纳米技术协助探索大脑中的 星辰大海

人类大脑内有超过百亿数量的神经元，它们宛如浩瀚宇宙中的群星，以极其纷繁复杂的形式相互连接，构成了一个复杂而精妙的仪器，控制着人们每一瞬间的思绪与活动。

与非侵入性技术不同，皮层脑电图（ECoG）是一种将电极阵列直接放置在大脑皮层表面来记录大脑信号的技术，需要在颅骨上开一个切口暴露大脑表面，进而将电极植入。ECoG具有较大的皮层覆盖范围，记录到的信号具有毫秒级别的时间分辨率和毫米级别的空间分辨率，以及上至500 Hz的高带宽，在信号数据质量方面表现出了显著的优越性。

SCEA的微创性在小型动物大鼠和大型动物比格犬中都得到了验证。段小洁研究员团队成功通过颅骨中仅2mm×0.8mm的开口将SCEA植入到大鼠右侧大脑半球硬膜外，并通过仅有6mm长的硬膜裂缝将厘米级别大小的SCEA植入比格犬的大脑硬膜下。

因此，SCEA具有以微创和高度生物相容的方式获取高时空分辨率、高带宽和高信号质量的大规模生理或病理皮层活动的能力，由此可使之在高精度的大脑的基础研究、低功耗的脑机接口的系统研发等一系列应用中越来越具有显著的超越常人的优越性与广阔的前景。

然而，fMRI和DBS的结合存在一大障碍：许多金属电极由于材料的磁敏感性与水/组织之间的磁敏感性不匹配，会引发强烈的磁场干扰，使电极周围区域的成像产生严重的伪影或扭曲变形；除此之外，刺激电极的尺寸也是伪影大小和严重程度的重要影响因素。

为了解决这个问题，段小洁研究员团队开发了以石墨烯纤维（graphene fiber，GF)）为材料的微电极，用于DBS-fMRI的同步联用。与传统铂铱（Pt-Ir）电极不同，石墨烯电极的磁敏感性与水相近；同时，石墨烯纤维刺激电极还展现出了很高的电荷注入能力和很强的稳定性。这些特性使得石墨烯电极成为一种理想的生物传感器材料。

（编辑：银川站长网）

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