2025年6月11日，哈佛大學劉嘉教授領(lǐng)導的研究團隊在頂尖學術(shù)期刊《自然》上發(fā)表了一項革命性的研究成果。他們開發(fā)出一種超柔性、超薄且可拉伸的腦機接口設(shè)備(http://www.weberwork.com/sell/l_4/)，能夠通過胚胎發(fā)育過程自然地植入大腦，并對整個大腦發(fā)育過程中的神經(jīng)電活動進行毫秒級精度、單個神經(jīng)元級別的無創(chuàng)監(jiān)測，為研究早期神經(jīng)發(fā)育疾病提供了前所未有的工具(http://www.weberwork.com/sell/l_5/)。

 

研究背景與挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)用于成熟大腦活動記錄的技術(shù)如微電極或金屬探針，由于其剛性和體積問題，在應(yīng)用于極其脆弱和快速變形中的胚胎大腦時面臨巨大挑戰(zhàn)。這些“硬”材料要么無法成功植入，要么會造成不可逆的損傷，阻礙了科學家們深入探索胚胎大腦奧秘的腳步。因此，許多可能在胚胎期埋下的神經(jīng)發(fā)育疾?。ㄈ缱蚤]癥、精神分裂癥等）的原因至今仍不為人知。

 

超柔性生物電子(http://www.weberwork.com/sell/l_23/)設(shè)備的創(chuàng)新

劉嘉團隊設(shè)計的新型腦機接口設(shè)備采用了高性能合成材料——全氟聚醚二甲基丙烯酸酯（PFPE-DMA），這種含氟彈性體結(jié)合了化學(http://www.weberwork.com/sell/l_9/)惰性與交聯(lián)結(jié)構(gòu)特性，使得該設(shè)備既柔軟又具有良好的生物相容性。其厚度不到一微米，比一根頭發(fā)絲還要細得多，力學性能接近甚至超越胚胎組織本身，確保了它可以隨著大腦一起生長而不會引起任何損害。

 

植入與共生長

選擇在胚胎神經(jīng)板階段——即胚胎神經(jīng)系統(tǒng)還處于扁平單細胞層時期——將此超柔性網(wǎng)狀電極陣列輕柔地植入其中是關(guān)鍵。隨著神經(jīng)板逐漸折疊形成神經(jīng)管并進一步發(fā)展成為復雜的三維大腦結(jié)構(gòu)，這張柔軟的“神經(jīng)天網(wǎng)”也自然而然地融入到正在形成的腦結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)了真正的無縫融合。

 

應(yīng)用實例：“半機械(http://www.weberwork.com/sell/l_4/)蝌蚪”

研究者使用非洲爪蟾作為模型動物，創(chuàng)造了世界上首批“賽博蝌蚪”。實驗表明，這些攜帶超柔性腦機接口裝置的蝌蚪不僅能夠正常發(fā)育，而且其行為模式及免疫反應(yīng)均未受到明顯影響。更重要的是，借助這些“賽博蝌蚪”，研究人員得以首次以毫秒級分辨率實時觀察胚胎大腦從簡單到復雜的發(fā)展歷程，為揭示早期神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建機制提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。

 

未來展望

這項開創(chuàng)性工作展示了如何利用柔性電子技術(shù)解決生物學中最棘手的問題之一——非侵入式地探測和發(fā)展中大腦內(nèi)部的工作原理。它不僅為理解神經(jīng)發(fā)育障礙奠定了基礎(chǔ)，也為未來的個性化醫(yī)療開辟了新的途徑。接下來，研究團隊計劃進一步優(yōu)化這一技術(shù)，并探索其在更多物種中的應(yīng)用潛力，旨在最終將其轉(zhuǎn)化為臨床診斷和治療工具。