在神经科学盘问的前沿，科学家们一直在寻找一种理念念的大脑探针——既要饱和坚韧以穿透脑组织，又要饱和柔嫩以减少永恒挫伤。这看似矛盾的需求，如今被中国科学家奥密地惩处了。

中国科学院激情盘问所梁璟盘问组与半导体盘问所裴为华盘问组互助，从章鱼触手赢得灵感，勾引出一种刚柔可调的"神经触手"探针，为脑机接口技艺开辟了全新的谈路。

神经触手探针的责任旨趣：通过液压系统斥逐，探针不错在刚性（用于穿刺植入）和柔性（用于永恒纪录）情状之间切换，斥逐了无需突出援救器用的微创植入。（图片起原：参考文件 [ 1 ] ）

脑机接口的两难窘境

脑机接口技艺的中枢是将微电极植入大脑，纪录神经元的电信号。然而，这项看似陋劣的任务却面对着宏大的技艺挑战。传统的刚性电极，如硅基探针或金属微丝，天然容易植入，但它们与柔嫩的脑组织之间存在宏大的机械性能各异。大脑在颅内并非静止不动，而是跟着呼吸、心跳和头部理会不竭产生微细的位移。刚性电极无法允洽这些理会，导致周围组织络续受损，激发炎症响应，最终形成疤痕组织包裹电极，使信号质料逐渐着落。

为了惩处这个问题，科学家们勾引了多样柔性电极。这些由聚酰亚胺、聚对二甲苯等高分子材料制成的探针，具有与脑组织周边的机械性能，好像跟着大脑一谈理会，大大减少了慢性挫伤。然而，新的问题随之而来——这些柔性探针太软了，根底无法沉寂穿透坚定的脑膜和脑组织。

当前常用的惩处有筹划主要有两种：一是在柔性探针名义涂覆可降解的硬质材料，如明胶、麦芽糖、聚乙二醇等，使其暂时变硬；二是使用刚性的援救器用，如硅针或金属针，将柔性探针送入观点位置后再撤出。但这两种重要皆有明显的劣势——涂层材料会增大探针体积，形成更大的植入挫伤，而且溶化速率难以斥逐；援救器用不仅加多了植入体积，撤出时还可能形成二次挫伤。

脑机接口的使用者正在与谈判机勾引连续。（图片起原：维基百科 Mike Cai Chen）

仿章鱼触手发明"神经触手"探针

面对这一窘境，盘问团队匠心独具，将眼力投向了天然界的奇妙生物——章鱼。章鱼的触手具有一种独到的智商：通过调度里面的液压系统，它们不错在柔嫩无邪和坚韧有劲之间解放切换。当章鱼需要执取猎物时，触手会变得坚韧；而在穿过狭窄破绽时，又能变得颠倒柔嫩。

东谈主们运用章鱼心爱钻进狭隘空间的习性，发明出捕捉章鱼的蛸壶。（图片起原：维基百科）

受此启发，盘问团队联想了一种内含小型液压系统的神经探针。这种被定名为" Neurotentacle "（神经触手）的探针，通过调度里面微通谈中的液体压力来编削自己的机械强度。在植入前，向微通谈注入生理盐水并加压，探针变得饱和坚韧；植入到位后，开释压力，探针收复柔嫩情状，斥逐了"该硬时硬，该软时软"的理念念特质。

然而，斥逐这一冲突面对宏大的技艺挑战——如安在仅有几微米厚的柔性探针中，制造出好像承受高压的微通谈？为此，盘问团队勾引了一种基于名义粘附力调控的革命工艺，奥密地运用了材料名义性质的各异。

制造历程始于一层聚酰亚胺薄膜。盘问东谈主员领先通过光刻技艺在薄膜上界说出微通谈的图案，然后使用响应离子刻蚀技艺对袒露区域进行处理，增强其名义粘附力。接下来，畴昔将成为微通谈内腔的区域被涂覆上疏水材料，大大裁减了该区域的粘附力。当第二层聚酰亚胺旋涂并固化后，高粘附力区域会镇定聚拢，而低粘附力区域则保持分离情状，形成了一个潜在的微通谈结构。

这种重要的精妙之处在于，微通谈在未使用时简直不占用突出空间。惟有当液体注入后，本来紧贴的高下壁面才会被撑开，形顺利能性的通谈。通过精确斥逐各层聚酰亚胺的厚度，盘问团队顺利将统共探针的总厚度斥逐在 6.2 微米，与通例柔性探针格外。其中，顶层 3.3 微米，中间层 0.9 微米，底层 2.0 微米，这种折柳称联想确保了探针在充液和泄压历程中不会发生卷曲。

压力与性能的定量关系

为了深入判辨神经触手的责任旨趣，盘问团队进行了详备的力学测试。他们发现，探针的最大承载力与里面压力呈现出明显的正筹商关系。在 0.1 兆帕（格外于未充液情状）时，探针的最大承载力仅为 80 微牛顿，如斯微弱的力量以至连自己分量皆难以援救，更无法穿透脑组织。

跟着压力加多，探针的强度急剧飞腾。当压力达到 0.5 兆帕时，最大承载力升迁到约 600 微牛顿；1 兆帕时达到 1.2 毫牛顿，比拟开动情状提高了 15 倍。这个强度一经与直径 30 微米的钨丝电极格外，十足好像可靠地穿透脑组织。更令东谈主骇怪的是，即使在 2 兆帕的高压下反复测试 200 次，微通谈依然保持完整，展现出优异的历久性。

通过高速录像机纪录，盘问东谈主员还不雅察到了探针在不同压力下的逶迤步履。在疏通的外力作用下，充压探针的偏转角度明显小于未充压情状。举例，在 30 微牛顿的径向力作用下，未充压情状（0.1 兆帕）的探针平均偏转角为 22.2 度，明显逶迤，而充压至 1.4 兆帕时偏转角暴减至 13.2 度——这一数据揭示出：液压调控可使探针刚度升迁近一倍，完满斥逐了"植入时如钢针般坚韧（确保精确穿刺），责任时似脑组织般柔嫩（幸免慢性挫伤）"的智能更始特质。

F 图为已完成物理封装的神经触手探针及用于施加液压的打针泵；G 图为神经触手探针在未充液与充液情状下的风景对比。（图片起原：参考文件 [ 1 ] ）

植入挫伤的显耀裁减

神经触手最引东谈主严防的上风体当前其超低的植入挫伤上。盘问团队通过精密的组织学分析，定量比较了不同植入重要形成的脑组织挫伤。

在急性挫伤评估中，他们发现传统的 100 微米针援救植入会在脑组织中留住明显的空腔，平均挫伤面积达 5834.5 畴前微米。比拟之下，神经触手形成的挫伤仅为 1500.8 畴前微米，减少了 74.4%。即使与更细的 50 微米针援救重要比拟，神经触手的挫伤面积（690.1 畴前微米）也减少了 81.1%。

这种低挫伤特质的原因是多方面的。领先，神经触手在充压情状下的横截面积仅为对照组的 60% 驾驭，物理体积更小天然挫伤更少。其次，神经触手的名义光滑连气儿，不像针 - 探针组合那样存在不法例的连续部位。最费劲的是，神经触手植入后不错立即收复柔嫩情状，允许被挤压的脑组织部分回弹，而刚性针撤出常常时会形成二次挫伤。

在慢性免疫响应评估中，上风相似明显。植入一个月后，神经触手周围的星形胶质细胞（神经炎症的美艳）数目比 100 微米针援救组减少 42.1%，比 50 微米针援救组减少 31.8%。这意味着更轻的炎症响应、更薄的疤痕组织，以及更好的永恒生物相容性。

超卓的电生理纪录性能

低挫伤带来的顺利益处是优异的神经信号纪录质料。在长达 28 天的在体纪录践诺中，盘问团队使用多个筹划全面评估了纪录性能，包括功能通谈数（好像分离出神经元信号的通谈）、可分离神经元数目、信噪比，以及抽象上述筹划的质料因子 Q 值。

成果令东谈主奋斗。神经触手探针从植入第一天起就展现出上风，况且这种上风随时辰推移不竭扩大。以第 14 天的数据为例，使用神经触手的小鼠平均每只可纪录到 30 个功能通谈，分离出 51 个神经元，平均信噪比达 7.84；而 100 微米针援救组仅有 28 个功能通谈，42 个神经元，信噪比仅 3.53。抽象质料因子 Q 值，神经触手达到 12.5，是对照组（4.63）的 2.7 倍。

更令东谈主印象深切的是纪录质料的踏实性。神经触手的各项筹划在前 14 天稳步飞腾，之后保持在较高水平；而针援救组则在第 5-7 天出现明显着落，天然后期有所收复，但长久无法达到神经触手的水平。这种各异可动力于两者激发的组织响应不同——神经触手形成的微弱挫伤好像较快愈合，而针援救重要形成的较大挫伤则需要更长的收复时辰。

在一些纪录通谈上，盘问东谈主员以朋友像同期分离出 5 个以上的神经元信号，这在传统重要中是极其稀薄的。如斯高的神经元密度不仅提供了更丰富的神经信息，也为盘问局部神经集聚的看成模式创造了条目。

技艺上风与畴昔预测

神经触手技艺的顺利，美艳着柔性神经电极边界的一个费劲冲突。与现存技艺比拟，它具有多个独到上风：

领先是真的的自主植入智商。不需要突出的硬质材料或援救器用，幸免了筹商的反作用和操作复杂性。统共植入历程就像使用传统刚性电极一样陋劣顺利。

其次是可逆的刚度调度。探针不错在植入后的任何时候通过调度里面压力来编削刚度，这为畴昔勾引可调位置的慢性电极奠定了基础。表面上，淌若需要调整纪录位置，不错从头加压使探针变硬，转移到新位置后再次软化。

第三是优异的永恒踏实性。由于慢性组织挫伤大幅减少，神经触手好像在更万古辰内保持高质料的信号纪录，这关于需要永恒监测的临床应用尤其费劲。

预测畴昔，这项技艺还有很大的优化空间。盘问团队的测试标明，穿透脑组织所需的力（约 0.35 毫牛顿）远小于 1 兆帕压力下的最大承载力（1.2 毫牛顿），这意味着不错使用更低的压力或更细的探针来进一步减少挫伤。此外，通过优化探针时局、名义涂层等联想参数，有望斥逐更精确的神经纪录和刺激。

神经触手技艺的出现，不仅惩处了柔性电极植入的技艺难题，更为脑机接口边界带来了新的可能性。跟着脑机接口在瘫痪康复、神经疾病治愈、脑机交互等边界的应用日益鄙俚，对更安全、更灵验的神经接口技艺的需求也在不竭增长。神经触手探针凭借其独到的仿生联想理念和优异的性能发扬，有望在这一快速发展的边界中施展费劲作用。

从更遍及的视角来看，这项盘问也展示了仿生学在惩处工程技艺难题中的宏大后劲。大天然经过亿万年进化形成的奥密结构和机制，常常能为东谈主类的技艺革命提供灵感。正如章鱼触手启发了神经触手探针的联想，畴昔可能还会有更多来自天然界的贤惠被应用到神经工程边界，鼓吹脑机接口技艺向着愈加智能、愈加融合的地点发展。

参考文件

[ 1 ] Wang, Yang, et al. " Stiffness-Tunable Neurotentacles for Minimally Invasive Implantation and Long-Term Neural Activity Recordings " Advanced Science ( 2025 ) : e05100.

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出品丨科普中国

作家丨夏至 生物学博士

监制丨中国科普博览

责编丨张一诺

审校丨徐来、张林林

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