2月20日，美國(guó)企業(yè)家馬斯克表示，他旗下的腦機(jī)接口公司“神經(jīng)連接”在完成首例人類大腦設(shè)備植入手術(shù)后，首位受試者“似乎已完全康復(fù)，沒(méi)有出現(xiàn)不良反應(yīng)。受試者只需思考就可以在電腦屏幕上移動(dòng)鼠標(biāo)”。此次實(shí)驗(yàn)對(duì)于人類無(wú)疑具有重要意義，通過(guò)向人腦植入電極、芯片等裝置，建立連接人腦與外部設(shè)備的通信和控制通道，從而實(shí)現(xiàn)用大腦生物電信號(hào)直接操控外部設(shè)備或以外部刺激調(diào)控大腦活動(dòng)的目的，這將為未來(lái)的人機(jī)互動(dòng)提供強(qiáng)有力的保障，為一些醫(yī)學(xué)難題的解決提供新的方向。

簡(jiǎn)單來(lái)講，腦機(jī)接口可以使人腦與外部設(shè)備連接，使得神經(jīng)信號(hào)可以通過(guò)傳感器收集并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)等形式，將大腦思考或者嘗試的想法從電子設(shè)備上以文字等手段輸出，實(shí)現(xiàn)大腦與機(jī)器之間的信息交換。腦機(jī)接口有侵入式和非侵入式兩類。侵入式，意味著患者通過(guò)開(kāi)顱手術(shù)將電極傳感器植入頭骨下的腦皮層中，顱內(nèi)作為接口位置，進(jìn)而進(jìn)行信息轉(zhuǎn)化。非侵入式，是將傳感器貼于患者顱骨外或頭皮上，通過(guò)刺激捕獲電信號(hào)以及分析化學(xué)傳感信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的腦機(jī)傳輸。

腦機(jī)接口能夠?qū)崿F(xiàn)人腦和外部機(jī)械設(shè)備之間的高通量信息交換。50多年來(lái)，神經(jīng)生理學(xué)家、化學(xué)家一直使用各種電極、傳感器材料來(lái)研究大腦活動(dòng)，其中許多材料在化學(xué)研究領(lǐng)域很常見(jiàn)?，F(xiàn)在，我們就簡(jiǎn)單整理一些化學(xué)材料在腦機(jī)接口技術(shù)中的應(yīng)用，并分析它們?yōu)楹文軌蛟谠擃I(lǐng)域得到關(guān)注。

碳納米材料

碳納米材料可分為零維碳材料富勒烯和納米金剛石、一維碳材料碳納米管、二維材料石墨烯。這些材料在腦機(jī)接口中應(yīng)用的主要原因在于碳材料具有生物相容性和無(wú)毒性，提供了優(yōu)越的電荷注入能力和高導(dǎo)電性，使高通量電極接口能夠提高信號(hào)記錄質(zhì)量和刺激效率。碳納米框架的輕量化、多孔性、柔韌性、導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，使其成為神經(jīng)組織工程的有用工具，可以增強(qiáng)電極的靈活性。墨爾本大學(xué)一研究團(tuán)隊(duì)就曾選擇性地將化學(xué)改性的納米金剛石沉積在碳纖維微電極上，作為傳感器用于腦內(nèi)神經(jīng)刺激、高質(zhì)量的神經(jīng)元信號(hào)記錄和神經(jīng)遞質(zhì)檢測(cè)。

水凝膠

水凝膠是一種典型的軟濕材料，具有獨(dú)特的三維親水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)人體組織友好。水凝膠因其獨(dú)特的機(jī)械性能、生物相容性、離子電導(dǎo)率、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)等特性而被廣泛研究和使用。水凝膠可為多種無(wú)機(jī)納米材料提供良好的載體，從而構(gòu)建性能更加出色的復(fù)合材料。具有良好導(dǎo)電性、拉伸性、刺激響應(yīng)性和高韌性的水凝膠，可用于可穿戴傳感器、腦機(jī)接口電極等。通過(guò)收集和分析腦電圖信號(hào)，腦機(jī)接口提供了對(duì)大量實(shí)時(shí)大腦信息的訪問(wèn)，包括大腦活動(dòng)和精神狀態(tài)。天津大學(xué)王偉偉研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出基于彈性體—水凝膠復(fù)合物的柔性電極，能夠高效檢測(cè)腦電信號(hào)，并應(yīng)用于腦機(jī)接口研究。

有機(jī)電化學(xué)晶體管

有機(jī)電化學(xué)晶體管是一種兼具優(yōu)異離子和電子傳導(dǎo)特性的半導(dǎo)體材料，離子—電子相互作用使其可作為生物學(xué)和電子學(xué)之間的交互接口，可以直接感受電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電子和空穴的濃度變化，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度的信號(hào)檢測(cè)。這使它成為構(gòu)建腦機(jī)接口系統(tǒng)的一種可行方案。復(fù)旦大學(xué)彭慧勝團(tuán)隊(duì)結(jié)合碳納米管纖維與有機(jī)半導(dǎo)體材料，制備得到柔性可植入纖維狀有機(jī)電化學(xué)晶體管，能實(shí)現(xiàn)生物體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)微量變化的穩(wěn)定檢測(cè)，且表現(xiàn)出良好的生物相容性和穩(wěn)定性。得益于對(duì)生物電子化學(xué)反應(yīng)信號(hào)的出色捕獲，該器件可實(shí)現(xiàn)對(duì)人體過(guò)氧化氫、葡萄糖、多巴胺、谷氨酸等的檢測(cè)，展現(xiàn)出較高的靈敏度和穩(wěn)定性。腦內(nèi)免疫熒光實(shí)驗(yàn)表明，未發(fā)現(xiàn)器件帶來(lái)的炎癥反應(yīng)，安全性能良好。

腦機(jī)接口是具有跨時(shí)代研究意義的科學(xué)技術(shù)，但它所面臨的研究風(fēng)險(xiǎn)仍需重視，安全性以及器件穩(wěn)定性有待時(shí)間驗(yàn)證。目前，我國(guó)在該領(lǐng)域研究應(yīng)積極與國(guó)際接軌，未來(lái)將有著廣闊的研究空間。

（莫尊理系西北師范大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師， 呂文博系西北師范大學(xué)碩士研究生）

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