近年來，在馬斯克的宣傳下，腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)開始被大家所熟知，也獲得了FDA批準(zhǔn)，開始進(jìn)入臨床試驗階段。腦機(jī)接口可以分為兩大類，一類是所謂的腦電圖（EGG），將電極貼在頭皮上檢測大腦信號，這種方法是無創(chuàng)的，但檢測分辨率低，且只能記錄大腦表面的信號；另一類是需要侵入式腦機(jī)接口，通過開顱手術(shù)向大腦植入電極，這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)更高分辨率、更深層的檢測，但開顱手術(shù)不僅復(fù)雜而且存在感染、損傷大腦等風(fēng)險。

如何才能實現(xiàn)侵入性和檢測分辨率之間的平衡，在精確檢測和記錄大腦信號的同時又不破壞大腦神經(jīng)回路呢？

斯坦福大學(xué)張安琪博士、哈佛大學(xué) Charles Lieber 教授等在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：Ultraflexible endovascular probes for brain recording through micrometer-scale vasculature 的研究論文。

該研究開發(fā)出了一種微型、超柔性的血管內(nèi)神經(jīng)探針，可以植入嚙齒動物大腦中直徑小于100微米的血管中。使用這一血管內(nèi)神經(jīng)探針，無需開顱手術(shù)，在不損傷大腦或血管的情況下測量大鼠大腦皮層和嗅球中的場電位和單單元峰值。此外，該探針還表現(xiàn)出長期的穩(wěn)定性和最小的免疫反應(yīng)。

受到通過微創(chuàng)導(dǎo)管注射向心臟植入支架的啟發(fā)，張安琪設(shè)計了基于聚合物的超柔性微血管內(nèi)探針，該探針可以裝載到柔性微導(dǎo)管中并從柔性微導(dǎo)管中注射。生理鹽水流通過微導(dǎo)管使探針進(jìn)入更深的血管系統(tǒng)。然后將微導(dǎo)管收回，使微血管內(nèi)探針探針留在原位。傳統(tǒng)的用于腦機(jī)接口的顱內(nèi)深度電極需要進(jìn)行侵入性的開顱手術(shù)，并且在植入過程中會損傷大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

而這項技術(shù)的獨特之處在于使用超柔性（Ultraflexible）血管內(nèi)探針，可以精確地進(jìn)入微血管，而無需進(jìn)行侵入性手術(shù)。這種探針可以進(jìn)入其他方法難以安全到達(dá)的大腦區(qū)域，通過調(diào)整探針的機(jī)械特性，實現(xiàn)在不同大腦位點的選擇性植入。

微血管內(nèi)（MEV）探針選擇性植入彎曲的分支血管，用于跨血管壁的神經(jīng)記錄。MEV探針（黃色）通過預(yù)裝生理鹽水的微導(dǎo)管（青色）選擇性地注射到分支血管中。

在組織學(xué)測試中，該探針表現(xiàn)出長期的穩(wěn)定性和最小的免疫反應(yīng)。由于探針不會變形或穿透血管壁，不會對血腦屏障造成損害，也不會顯著減少血流量或引起神經(jīng)功能障礙。

為了驗證該探針的應(yīng)用潛力，研究團(tuán)隊在大鼠上進(jìn)行了實驗，將該探針裝載到充滿生理鹽水的導(dǎo)管中，通過注射器注入大鼠頸部，成功實現(xiàn)了對大鼠大腦皮層和嗅球的體內(nèi)電生理記錄。這些探針顯示了血管分支選擇性植入和操作，揭示了神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型中不同的放電特性，實現(xiàn)了單單元活動記錄，展示了跨血管壁的單細(xì)胞分辨率。

對不同血管分支的選擇性植入

腦血管的范圍從大的皮層淺表血管到皮層內(nèi)的微血管和毛細(xì)血管床。在大鼠大腦中，約5%的血管直徑大于100μm，這是該研究開發(fā)的微血管內(nèi)探針可以靶向的。此外，還可以通過進(jìn)一步減少探針的彎曲剛度實現(xiàn)對直徑更小的血管的檢測。而在這項研究之前，可用于人類和綿羊的血管內(nèi)探針只能靶向直徑大于2.4mm的最大的血管。

研究團(tuán)隊表示，該平臺技術(shù)可以很容易地擴(kuò)展為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的檢測和干預(yù)的研究工具和醫(yī)療設(shè)備，也為微創(chuàng)腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)。

張安琪2014年本科畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系，隨后加入哈佛大學(xué) Charles Lieber 院士實驗室，2020年博士畢業(yè)后加入斯坦福大學(xué)鮑哲南院士實驗室進(jìn)行博士后研究工作。