利用薄膜神经电极彻底改变大脑监测和刺激
东京工业大学的科学家最近证明，直接放置在脑组织上的柔性薄膜电极有望诊断和治疗癫痫。得益于创新而简单的设计，这些耐用的电极精确匹配脑组织的机械特性，从而在皮层电图记录和有针对性的神经刺激过程中获得更好的性能。
测量大脑活动是诊断癫痫和其他神经精神疾病的有用技术。在采用的几种方法中，脑电图(EEG)是侵入性最小的。在脑电图记录过程中，电极通常放置在头皮上。然而，这限制了脑电图的分辨率，因为来自大脑的电信号在到达头皮时会衰减和扭曲。
相比之下，皮质电图(ECoG)是将神经电极直接放置在大脑表面。ECoG 电极与感兴趣区域紧密接触，可以更好地记录大脑活动。此外，还可以通过它们发送电脉冲来刺激特定的神经元组，从而控制癫痫发作。然而，传统的 ECoG 电极有一个主要缺点。它们通常与脑组织的机械特性和曲率不匹配，导致脑压升高和其他不良影响。尽管已经开发出软神经电极来缓解这个问题，但它们要么缺乏耐用性和强度，要么需要复杂的制造工艺。
为了解决这些问题，东京工业大学(Tokyo Tech)副教授 Toshinori Fujie 领导的研究小组开发了一种新型柔性神经电极。他们的设计和研究结果最近发表在《先进材料技术》上，可以彻底改变 ECoG 记录和直接神经刺激的执行方式。
所提出的电极的基底由被称为聚苯乙烯-嵌段-聚丁二烯-嵌段-聚苯乙烯(SBS)的柔性材料制成的薄膜组成。研究人员使用喷墨打印机用金纳米墨水在电极上制造导电线路。最后，他们通过堆叠另一个 SBS 层作为绝缘层来覆盖电路，并用激光穿孔的微通道作为测量或刺激点。
通过广泛的机械测试和模拟，研究人员证明电极准确地符合包含许多不规则脊的脑组织的形状。其简单的设计和制造过程也是一个主要优势，因为它有利于所提出的电极在实际应用中的广泛采用。“据我们所知，这是第一项展示这种基于印刷电子的超适形 ECoG 电极的研究，它与脑组织的机械特性非常匹配，”Fujie 博士强调说。
为了展示其设计的潜力，该团队在癫痫大鼠模型上进行了多项实验。使用新设计的 ECoG 电极，他们可以准确测量这些老鼠的一根胡须受到机械刺激时大脑中的神经反应。此外，他们还可以观察化学诱发癫痫期间的癫痫发作活动。此外，通过通过特定通道发送的电脉冲触发大鼠胡须和手臂的运动，研究人员证明所提出的电极可以刺激大脑的不同区域。
总的来说，这些发现凸显了柔性薄膜神经电极在诊断和治疗癫痫和其他脑部疾病方面的潜力。值得注意的是，即使在手术后几周，电极也没有对大鼠的大脑造成任何炎症或不良影响，这凸显了它们与生物组织的相容性。
研究人员计划进一步改进他们的设计，使其适合临床应用。“我们的薄膜电极与植入式设备的集成可以使其侵入性更小，并且对大脑异常电活动更加敏感，”Fujie 博士解释道。“这将有助于改善顽固性癫痫的诊断和治疗策略。”
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