解析大腦功能是人類認(rèn)識自然與自身的終極目標(biāo)。大腦通過神經(jīng)元細(xì)胞的電活動(dòng)進(jìn)行信息的傳遞、轉(zhuǎn)換和整合，進(jìn)而完成各種功能，包括感知覺、學(xué)習(xí)、記憶、抉擇和運(yùn)動(dòng)控制等。而微觀水平上神經(jīng)元電活動(dòng)的異常，與抑郁癥、帕金森病、精神分裂癥及阿爾茲海默癥等一系列神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切關(guān)聯(lián)。要理解大腦的工作機(jī)制以及腦疾病的致病機(jī)理，必須精確掌握神經(jīng)元的電活動(dòng)信息，因此依賴于活體神經(jīng)信息分析技術(shù)的發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的剛性硅基或金屬微電極在手術(shù)植入柔軟的腦組織后，由于尺寸和力學(xué)性能的巨大差異，使得電極與腦組織之間發(fā)生相對微移動(dòng)并引起炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致剛性微電極難以對神經(jīng)電信號進(jìn)行長期穩(wěn)定讀取。

　　近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員方英和中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員李澄宇及其團(tuán)隊(duì)在高密度柔性神經(jīng)流蘇及活體神經(jīng)信號穩(wěn)定測量方面取得進(jìn)展。相關(guān)論文“Elastocapillary self-assembled neurotassels for stable neural activity recordings”（《自組裝柔性神經(jīng)流蘇對神經(jīng)電活動(dòng)的穩(wěn)定測量》）發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances，2019，5，eaav2842）上。論文第一作者是國家納米中心博士研究生管壽梁、助理研究員王晉芬和神經(jīng)所博士研究生顧曉煒，通訊作者是方英和李澄宇。

　　該工作報(bào)道的神經(jīng)流蘇由上千根超細(xì)的柔性神經(jīng)纖維電極組成。每一個(gè)柔性神經(jīng)纖維電極的截面只有3×1.5μm²，達(dá)到了神經(jīng)元軸突的尺寸，比目前國際上報(bào)道的最小值還要小一個(gè)數(shù)量級。通過巧妙設(shè)計(jì)，將神經(jīng)流蘇浸沒在熔融的聚乙二醇液體中，在液體表面張力的作用下，上千根柔性神經(jīng)纖維電極自組裝形成高密度神經(jīng)電極/聚乙二醇復(fù)合細(xì)絲，從而極大地降低了手術(shù)植入過程中電極對腦組織的損傷。聚乙二醇可在腦組織內(nèi)降解代謝，釋放后的超細(xì)柔性神經(jīng)纖維電極能夠原位、精準(zhǔn)測量清醒大腦內(nèi)側(cè)前額葉皮層中多個(gè)神經(jīng)元電活動(dòng)。尤其重要的是，柔性神經(jīng)流蘇與腦組織的力學(xué)性能相匹配，因此形成了良好相容性的界面，并實(shí)現(xiàn)了對活體大腦神經(jīng)元電活動(dòng)的長期穩(wěn)定記錄。

神經(jīng)流蘇研究實(shí)現(xiàn)對大腦信息的穩(wěn)定讀取

　　(a)柔性神經(jīng)流蘇的自組裝過程；(b)組裝后的柔性神經(jīng)流蘇；(c)柔性神經(jīng)流蘇電極截面圖；(d)柔性神經(jīng)流蘇對活體神經(jīng)信號的長期穩(wěn)定記錄；(e)柔性神經(jīng)流蘇與腦組織的相容性界面。