科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種超微型神經(jīng)植入裝置，其體積比沙粒更小，長僅300微米、寬70微米。這款名為微尺度光電無線電極（MOTE）的設(shè)備，不僅能對實(shí)驗(yàn)鼠大腦進(jìn)行長達(dá)一年的持續(xù)監(jiān)測，還可通過無線方式穩(wěn)定傳輸神經(jīng)電信號(hào)數(shù)據(jù)。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊《自然·電子學(xué)》。

實(shí)驗(yàn)顯示，植入實(shí)驗(yàn)鼠大腦的MOTE設(shè)備在持續(xù)運(yùn)行一年后，仍能保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸能力。受試動(dòng)物未出現(xiàn)任何異常行為或健康問題，證明該裝置具有優(yōu)良的生物相容性。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將MOTE置于培養(yǎng)皿中的心肌細(xì)胞表面時(shí)，設(shè)備能準(zhǔn)確記錄細(xì)胞電活動(dòng)信號(hào)，并在添加藥物改變心率后，同步捕捉到信號(hào)頻率的相應(yīng)變化。

在神經(jīng)信號(hào)監(jiān)測方面，MOTE展現(xiàn)出卓越性能。當(dāng)研究人員用物體觸碰實(shí)驗(yàn)鼠胡須時(shí)，設(shè)備立即捕捉到大腦皮層神經(jīng)元的快速電活動(dòng)變化。該裝置不僅能記錄單個(gè)神經(jīng)元的動(dòng)作電位，還可同時(shí)監(jiān)測局部神經(jīng)元群體的同步活動(dòng)，完整呈現(xiàn)大腦特定區(qū)域的整體功能狀態(tài)。

傳統(tǒng)神經(jīng)監(jiān)測技術(shù)存在明顯局限。有線電極裝置會(huì)限制動(dòng)物活動(dòng)自由度，長期使用可能導(dǎo)致腦組織損傷；無線設(shè)備則因體積較大，難以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)鼠微小的大腦結(jié)構(gòu)。MOTE的創(chuàng)新之處在于其突破性的能源供給與數(shù)據(jù)傳輸方案——通過外部紅色激光照射，設(shè)備內(nèi)置的光伏板將光能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)無電池運(yùn)行；數(shù)據(jù)傳輸則采用紅外光脈沖編碼，如同發(fā)送光信號(hào)密碼般完成信息傳遞。

這款米粒級(jí)設(shè)備內(nèi)部集成了完整的微型電路系統(tǒng)。其核心CMOS芯片具備三重功能：首先作為信號(hào)放大器，可將微弱的腦電信號(hào)增強(qiáng)至可檢測水平；其次作為編碼器，采用脈沖位置調(diào)制技術(shù)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為高效光碼；最后作為驅(qū)動(dòng)器，確保光信號(hào)能穿透腦組織被外部設(shè)備接收。研究團(tuán)隊(duì)特別采用原子層沉積技術(shù)，為設(shè)備包裹了比細(xì)菌更薄的防護(hù)涂層，有效抵御腦內(nèi)潮濕環(huán)境的侵蝕。

針對強(qiáng)光可能干擾芯片工作的問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用金屬屏蔽設(shè)計(jì)，僅保留電極接觸點(diǎn)和光電轉(zhuǎn)換模塊暴露在外。這種特殊構(gòu)造使MOTE成為首個(gè)能在核磁共振掃描過程中同步采集腦電信號(hào)的植入設(shè)備，為腦科學(xué)研究和臨床診斷開辟了新途徑。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，MOTE不僅能精準(zhǔn)監(jiān)測神經(jīng)活動(dòng)，還可擴(kuò)展應(yīng)用于其他生物系統(tǒng)。研究人員已成功用其記錄心肌細(xì)胞電活動(dòng)，未來計(jì)劃將其植入實(shí)驗(yàn)鼠肌肉組織監(jiān)測運(yùn)動(dòng)功能。由于完全不含金屬導(dǎo)線，該設(shè)備可與核磁共振設(shè)備兼容使用，實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)采集與腦部影像的同步獲取。

目前研究團(tuán)隊(duì)正開發(fā)適用于自由活動(dòng)動(dòng)物的追蹤監(jiān)測系統(tǒng)，通過優(yōu)化光源定位和信號(hào)接收裝置，提升設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用場景中的性能。這項(xiàng)突破性技術(shù)不僅為腦機(jī)接口研究提供新工具，更可能推動(dòng)癱瘓康復(fù)治療、抑郁癥等腦部疾病診療方式的革新。其微型化設(shè)計(jì)理念還可延伸至脊髓等組織監(jiān)測，甚至嵌入人造顱骨板實(shí)現(xiàn)長期在體監(jiān)測。