碳纤维脑植入电极在动物实验中大有前途

密歇根大学开发了一种微小的可植入碳纤维电极，并在老鼠身上进行了实验，它有可能提供一种长期的脑机接口，可以在很长一段时间内捕捉电信号的范围和细微差别。

有一天，这一步可能会导致人类进步，提高许多人的生活质量:为截肢者和脊髓损伤患者提供先进的假肢控制，刺激骶神经以恢复膀胱控制，刺激颈椎迷走神经以治疗癫痫并提供深部脑刺激作为帕金森氏症的可能疗法

新的研究显示了碳纤维电极在运输方面的前景电信号从大脑在不损伤脑组织的情况下，将老鼠传输到外部计算机。直接将碳纤维电极植入大脑，可以捕获比现有技术更大、更具体的信号。

最近刚从密歇根大学生物医学工程系毕业的博士Elissa Welle说:“现在有可以直接植入大脑的接口，但由于各种原因，它们只能持续几个月到几年。”“任何时候你要为一个涉及大脑的手术打开头骨，这都是一件大事。”

硅是当今应用最广泛的大脑植入物由于它的导电能力和它在洁净室技术中的历史用途。但是,人体认为硅是一种外来物质，这意味着长时间内它会导致疤痕组织的形成。它最终会退化，不再捕捉大脑信号，需要移除。

碳纤维可能是获得高质量信号的答案，它的接口可以持续几年，而不是几个月。碳是人体的关键元素之一，存在于蛋白质、碳水化合物和脂肪等有机分子中。

通过在实验室中用一个小型喷灯将碳纤维激光切割和锐化成微小的亚细胞电极，密歇根大学的工程师们已经利用了一种身体更容易接受的形式来捕捉优秀信号的潜力。

“植入后，它以一种不干扰周围血管的方式位于大脑内部，因为它比那些血管要小，”Welle说。“它们会四处移动，适应这么小的物体，而不会像遇到更大的植入物时那样被撕裂。”

较小的尺寸占了部分电极但它针状的形状也可能最大限度地减少对周围组织的挤压。更大的碳基电极已被证明存在于人体内，实际上能促进神经组织生长而不是降解。密歇根大学的研究小组希望，进一步的测试将揭示他们的碳纤维电极在大脑和神经中的类似潜力。

密歇根大学团队之前的工作已经证明了电极捕捉大鼠大脑信号的能力。在过去的一项研究中，碳纤维电极显著优于传统的硅电极，34%的电极记录神经元信号，而只有3%。激光切割在植入9周后将这一数字提高到71%。现在，火焰锐化技术已经使这些高性能探针能够直接植入大脑皮层，不需要临时的插入辅助或梭，也不需要插入大鼠的颈迷走神经。

大脑，由于其大而平坦的表面，相对容易插入电极。但密歇根大学的工程师们也承担了更困难的任务，即插入削尖的芯片碳纤维电极进入神经，其直径可以小到几缕头发的厚度。

密歇根大学生物医学工程副教授、皮质神经修复实验室首席研究员辛迪·切斯特克(Cindy Chestek)表示，这些发现表明，密歇根大学电极的潜力不仅仅局限于假肢操作。

“例如，瘫痪的人可能无法控制他们的膀胱，”Chestek说。“我们也许能够利用这些较小的电极来刺激和记录来自较大电极无法到达的区域的信号，比如颈部或脊髓，以帮助患者获得一定程度的控制。”

这项研究发表在最新一期的IEEE神经系统与康复工程汇刊．这篇论文的标题是:“用于神经记录的锐化和机械耐用的碳纤维电极阵列。”