中国科学家研发柔性脑机接口，在10Hz左右找到α波

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2019 年，马斯克（Elon Musk）创立的公司 Neuralink，研发出高效实现脑机接口的策略：通过整合柔性聚合物探针（避免 Neuralink 长期植入大脑的损伤和炎症）、坚硬的植入针、以及植入机器人来实现。
在 Neuralink 演示中，该策略能从 1500 个电极中读取信息，优于此前嵌入人体的体系1 5 倍。
但是，塑料和弹性体的力学可调节性较小，其柔韧性仍然无法完全满足用于柔软脑组织表面的要求。
因此，制备一种与脑组织之间具有高机械和生物适配性的柔性脑机接口（BMI，Brain-machine interfaces）是非常重要的。
近年来，含水量高且具有三维网状结构的水凝胶在生物医学领域中的热度很高，这主要是因为它呈现出与天然软组织类似的结构。其中，导电水凝胶就因其良好的类组织性和生物亲和性被广泛应用于生物电子领域。
因此，西南交通大学材料科学与工程学院教授鲁雄团队，通过分子设计，制备出一款可导电的多功能水凝胶，借此实现了与脑组织接近的力学性能和生物学性能，刚性电子元件和柔软脑组织之间的机械和生物学不匹配的难题得以解决。

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图 | 鲁雄教授（来源：鲁雄课题组）
该团队表示：“我们已与法国 Dreem 公司开展了合作。Dreem公司在其研发的新一代眼电图和脑电图信号生物电传感器上，采用我们研发的柔性自粘附水凝胶作为可穿戴式柔性脑机接口。与商业电极比如湿电极 Ag/AgCl 和硅烷干电极相比，超软水凝胶所记录的脑电信号几乎没有伪影出现，呈现出较好的稳定性和准确性。”
此外，通过将休息状态下的脑电图进行快速傅里叶转换后，可在 10 Hz 左右找到明显的特征 α 波，有望用于跟踪人体睡眠，从而提供有效改善睡眠状况的 drug-free 新途径，缓解现代人的神经衰弱症状等。
“另外，我们也希望将该水凝胶作为长期可植入式脑机接口，以用于监测神经性疾病患者，例如阿兹海默病、帕金森病、创伤性脑损伤等患者的脑电信号，这也是我们的初心。”研究人员表示。

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（来源：Matter）
概括来说，以此次制备的水凝胶作为导电界面，再集成柔性脑机接口，即可实现刚性微电路和柔软脑组织的无缝联接，为稳定、准确监测脑电信号的长期植入脑机接口材料提供一种设计思路。
1 月 27 日，相关论文以《具有与脑组织无缝贴合和免疫逃逸能力的生物粘附和导电水凝胶集成脑机接口》（Bioadhesive and conductive hydrogel-integrated brain-machine interfaces for conformal and immune-evasive contact with brain tissue）为题发表在Matter上，西南交通大学材料科学与工程学院鲁雄教授和谢超鸣研究员、电子科技大学潘泰松副教授、中国海洋大学韩璐教授以及北京基础医学研究所江小霞副研究员担任共同通讯作者。

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图 | 相关论文（来源：Matter）
构建植入式脑机接口，可准确记录颅内皮层脑电信号

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该研究的背景在于，脑机接口为大脑和外界人造器械建立了直接沟通的桥梁，可用于监测大脑的功能，在神经性疾病的诊断和治疗方面具有重大意义。
但是，脑组织是非常柔软且脆弱的，而传统的脑机接口通常利用由金属制成的电极，这类电极是刚性的，从材料角度来讲，这类固体电极与柔软的脑组织之间存在机械失配的问题，再加上常规的电极缺乏组织粘附性，使得其无法与柔软脑组织紧密贴合，在活动过程中易产生摩擦及脱落，随之造成监测信号的不稳定和准确性。

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