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在《Engineering》杂志上发表的一项新研究中，由蔡新霞、徐兆杰和吴一荣领导的研究人员探索了用于自由运动动物的皮质内神经接口技术的最新进展。这些技术集中在四个关键领域，包括更高的空间密度、更好的生物相容性、增强的多模态检测和更有效的神经调节，具有促进神经科学研究和临床应用的潜力。
最近发表在《Engineering》杂志上的一项研究深入探讨了自由活动动物的皮层内神经接口技术的最新进展。这些接口通过在神经系统和外部设备之间建立连接，有望彻底改变神经科学研究和临床医学的面貌。
该研究由蔡新霞、徐兆杰和吴益荣领导，分析了理想植入式神经接口设备的四个关键技术方向：更高的空间密度、更好的生物相容性、增强的电生理/神经递质信号多模态检测，以及更有效的神经调节。
在高空间密度方面，微电极阵列（MEA）的设计取得了显著进展。犹他阵列和密歇根阵列这两种经典的MEA结构，通过新的工艺和材料进行了重新配置。例如，犹他分级电极阵列通过倾斜电极针并在针上整合纵向多点，实现了更高的通道密度。而密歇根阵列则探索了如电子束光刻和双层布线等方法，以增加记录位点的数量。此外，CMOS技术也使得神经电极与放大电路的集成成为可能，从而缩小了后端电路的尺寸。
MEA的长期稳定性至关重要，但受到组织损伤和免疫反应的挑战。为了解决这一问题，研究人员正在使用聚酰亚胺、派瑞林和PDMS等柔性基底材料。这些材料的杨氏模量较低，与脑组织相似，从而减少了免疫反应。此外，表面处理方法，包括电极涂层和电极位点的电镀层，也被用于提高记录信号的质量和寿命。
多模态记录MEA是另一个研究重点。这些设备能够同时检测电生理信号和神经递质信号。通过安培法和快速扫描循环伏安法等电化学方法，可以测量神经递质的浓度。针对不同的神经递质，研究人员构建了不同的敏感层，材料包括碳基材料、导电聚合物和酶。然而，在实现高分辨率和选择性检测以及整合检测电路方面，仍面临挑战。
双向神经探针也在开发中，这种探针既能记录神经活动，又能调节神经活动。电刺激（ES）、光调节和微流体输送是主要的调节方法。电刺激在特异性方面存在局限性，而光调节则提供了更高的细胞特异性。微流体输送则可以精确地将药物或化学分子输送到特定的脑区。
皮层内神经接口技术的这些进步具有广泛的应用前景。它们可以帮助研究人员更好地理解神经回路的功能、神经编码和解码的机制，以及临床疾病的发病机制。在未来，它们还有望促进针对神经疾病的更有效和个性化的治疗方法的发展，以及恢复运动和感觉功能。然而，柔性CMOS制造技术的成熟度以及热噪声和电噪声的管理等挑战仍需克服。
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