清華新聞網(wǎng)12月2日電 實(shí)現(xiàn)對(duì)海量神經(jīng)元信號(hào)的精準(zhǔn)高效記錄是下一代腦機(jī)接口技術(shù)的關(guān)鍵目標(biāo)和重要方向。皮層腦電（ECoG）器件通過(guò)貼合大腦皮層，可實(shí)現(xiàn)廣泛區(qū)域內(nèi)神經(jīng)群體協(xié)同活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，已成功應(yīng)用于語(yǔ)音合成、運(yùn)動(dòng)解碼及癲癇灶定位等關(guān)鍵場(chǎng)景。然而傳統(tǒng)無(wú)源ECoG電極尺寸通常為毫米級(jí)，遠(yuǎn)大于僅幾十到幾百微米的功能皮層柱，難以精準(zhǔn)捕捉細(xì)分區(qū)域的神經(jīng)信號(hào)。同時(shí)，高分辨率記錄需依賴(lài)高密度電極陣列，但無(wú)源電極每個(gè)通道需獨(dú)立導(dǎo)線(xiàn)，極大限制了陣列規(guī)模與信號(hào)讀取。突破柔性ECoG器件數(shù)量少、密度低、布線(xiàn)復(fù)雜、難量產(chǎn)等核心瓶頸，滿(mǎn)足對(duì)大范圍腦電信號(hào)高空間分辨率記錄的需求，成為當(dāng)下亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題與重大工程難題。
近日，清華大學(xué)電子工程系盛興課題組與合作者開(kāi)發(fā)了一種名為NeuroCam的柔性、多路復(fù)用、高密度ECoG腦機(jī)接口電極陣列，通道數(shù)高達(dá)4096，且適用于規(guī)模化量產(chǎn)，突破了現(xiàn)有器件面臨的通道數(shù)量少、密度低、布線(xiàn)復(fù)雜、難以規(guī)?；圃斓汝P(guān)鍵挑戰(zhàn)，為大范圍腦電信號(hào)的高空間分辨率記錄開(kāi)辟了全新路徑。
該NeuroCam陣列基于金屬氧化物薄膜晶體管（TFT）構(gòu)建，在單片柔性基底上集成了4096個(gè)記錄通道，通道密度達(dá)44位點(diǎn)/mm2；通過(guò)多路復(fù)用設(shè)計(jì)，僅需128根輸入輸出線(xiàn)即可完成信號(hào)讀取，有效攻克了高通道器件的布線(xiàn)難題；同時(shí)，器件采用了工業(yè)級(jí)生產(chǎn)工藝，既保障了規(guī)?；圃斓目尚行?，也確保了各通道性能的一致性。
NeuroCam在癲癇動(dòng)物模型的在體實(shí)驗(yàn)中，能夠以4096通道實(shí)時(shí)同步地精準(zhǔn)捕捉癲癇電位的時(shí)空變化，并清晰定位病灶區(qū)，展現(xiàn)出卓越的空間分辨率和大面積腦區(qū)記錄能力。此外，體外實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了該器件的生物相容性、電學(xué)穩(wěn)定性及抗彎曲能力等關(guān)鍵性能。
NeuroCam在通道數(shù)、密度等關(guān)鍵指標(biāo)上展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，不僅為解析復(fù)雜神經(jīng)活動(dòng)提供了新工具，推動(dòng)了高性能腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，也為神經(jīng)科學(xué)研究與癲癇等神經(jīng)疾病診療相關(guān)的神經(jīng)工程應(yīng)用帶來(lái)了新機(jī)遇。
《科學(xué)通報(bào)》內(nèi)封面
研究成果以“NeuroCam：基于柔性薄膜晶體管陣列的4096通道植入式高通量腦機(jī)接口器件”（High-resolution spatial mapping of electrocorticographic activities with NeuroCam: a 4096-channel, multiplexed flexible thin-film transistor array）為題，于11月17日發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin），并被選為期刊內(nèi)封面（inside cover image）。
清華大學(xué)電子系、清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院副教授盛興和首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院院長(zhǎng)趙國(guó)光為論文共同通訊作者，清華大學(xué)電子系2024屆博士畢業(yè)生謝楊為論文第一作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927325011582
供稿：電子系
編輯：李華山
審核：郭玲
