神经科学研究的重点已经从局部神经活动，转向大规模的动态神经网络研究。很多脑机接口比如情绪相关的应用，也依赖于大空间规模神经接口的构建。脑皮层电极（electrocorticogram，ECoG）位于大脑皮层表面，具有高时空分辨率、高信噪比和宽信号带宽的优点。然而，大面积电极阵列植入的侵入性和需要去除大范围颅骨/硬脑膜的手术风险限制了其应用范围。如何在保持颅骨/硬脑膜基本完整的情况下植入大面积的神经电极阵列，是一个迫切需要解决的难题。

可变形电极阵列于颅内植入展开示意图

日，北京大学未来技术学院生物医学工程系、国家生物医学成像科学中心段小洁研究员课题组开发了一种柔性大面积可变形电极阵列（Shape-changing electrode array ,SCEA），在镍钛形状记忆合金的驱动下，实现了大面积柔性电极体外聚缩，通过颅骨/硬脑膜微小窗口植入，体内自行展开的目标过程。

可变形电极阵列用于大范围脑活动记录

该柔性可变形电极阵列使用可拉伸的碳纳米管薄膜和金作为导电层，拥有优异的机械稳定性及电学稳定性。在镍钛形状记忆合金的辅助下，将薄膜电极压缩为条状，微创植入动物大脑，颅内生理条件下展开，成功实现对鼠癫痫发作期间以及犬苏醒期间的脑部神经电信号的高时空分辨率的记录。检测到重要的电生理特征，包括相位-幅值耦合(PAC)和空间耦合，对于神经系统疾病的诊断和破译神经网络的连通性有着重要的意义。此外，对大鼠的MRI和组织学研究，证实了植入过程的最小侵入性以及SCEA的长期生物相容性。

SCEAs解决了植入大面积皮层电极时，需要大规模颅骨/硬脑膜去除的难题，能够以最小的侵入方式，高时空分辨率、高信噪比地映射健康和疾病状态下脑网络电生理活动，在基础神经科学研究以及脑机接口应用方面具有巨大的潜力。

这项工作以“Shape-changing electrode array for minimally invasive large-scale intracranial brain activity mapping”为题，于2024年1月24日在线发表于学术期刊Nature Communications（《自然•通讯》，DOI: 10.1038/s41467-024-44805-2）。论文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-024-44805-2。北京大学博士生魏诗媛、蒋安琪为文章的共同第一作者，段小洁研究员是文章的通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、STI2030-重大项目、北京市自然科学基金项目的支持。