脑机接口的一大障碍是“信号衰减”——大脑的免疫系统最终会攻击植入物,导致其失效。研究人员揭示了一个革命性的解决方案:不是将电极放置在大脑表面,而是将其放置在大脑内部,特别是侧脑室内。这种LV-BCI使用一种受中国传统灯笼启发的柔性电极,可以展开以贴合脑室壁。研究表明,这种“深海”方法比传统的表面植入物更稳定、侵入性更小,解码思维的准确性更高。该研究发表在《国家科学评论》杂志上。
灯笼设计
电极以折叠形式递送,一旦进入脑室就会展开,轻轻贴合脑室壁,确保恒定接触,而不会“刺入”脑组织。通过类似于常规脑室外引流的路径递送,折叠的电极一旦进入脑室就会展开,并顺应脑室壁。这种设计使设备能够保持机械顺应性,同时保持紧密接触以采集信号。
免疫静默
与触发永久性疤痕的皮质植入物不同,脑室版本只引起微小的、暂时的免疫反应,在几周内消失。免疫组织学分析揭示了一个关键优势:与引发持续小胶质细胞活化的皮质电极不同,脑室植入物只诱导短暂的免疫反应,在几周内恢复到基线水平。脑脊液环境和灵活的电极结构似乎减少了慢性组织刺激。
98%的解码准确率
在记忆任务中,LV-BCI通过“监听”海马体等深层结构,预测大鼠下一步行动,准确率高达98%,显著优于表面电极。研究人员进一步测试了该系统使用记忆引导的T迷宫任务解码认知的能力。通过分析运动前记录的神经微状态序列,LV-BCI预测大鼠左转或右转的准确率高达98%,显著优于皮质电极。结果表明对参与记忆和决策的深层脑回路(如海马体)的敏感性增强。
六个月的稳定性
虽然标准信号通常会随时间衰减,但脑室信号在六个月内保持清晰,证明脑脊液对电子设备来说是一个更友好的环境。通过展示从脑室系统内进行稳定、高性能的神经记录,这项工作确立了侧脑室作为脑机接口的一个可行新通路。未来的工作将侧重于按人体解剖结构扩展设计、改善成像兼容性,并仔细评估脑脊液动力学和长期安全性。
参考信息
“Lateral Ventricular Brain-Computer Interface System with Lantern-Inspired Electrode for Stable Performance and Memory-Guided Decoding” by Yike Sun et al., National Science Review
DOI:10.1093/nsr/nwag081