2月20日，美國企業(yè)家馬斯克表示，他旗下的腦機接口公司“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鼠標”。此次實驗對于人類無疑具有重要意義，通過向人腦植入電極、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，從而實現(xiàn)用大腦生物電信號直接操控外部設(shè)備或以外部刺激調(diào)控大腦活動的目的，這將為未來的人機互動提供強有力的保障，為一些醫(yī)學難題的解決提供新的方向。

簡單來講，腦機接口可以使人腦與外部設(shè)備連接，使得神經(jīng)信號可以通過傳感器收集并轉(zhuǎn)化為電信號等形式，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，實現(xiàn)大腦與機器之間的信息交換。腦機接口有侵入式和非侵入式兩類。侵入式，意味著患者通過開顱手術(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，進而進行信息轉(zhuǎn)化。非侵入式，是將傳感器貼于患者顱骨外或頭皮上，通過刺激捕獲電信號以及分析化學傳感信號，進而實現(xiàn)信息的腦機傳輸。

腦機接口能夠?qū)崿F(xiàn)人腦和外部機械設(shè)備之間的高通量信息交換。50多年來，神經(jīng)生理學家、化學家一直使用各種電極、傳感器材料來研究大腦活動，其中許多材料在化學研究領(lǐng)域很常見。現(xiàn)在，我們就簡單整理一些化學材料在腦機接口技術(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，可以增強電極的靈活性。墨爾本大學一研究團隊就曾選擇性地將化學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)元信號記錄和神經(jīng)遞質(zhì)檢測。

水凝膠

水凝膠是一種典型的軟濕材料，具有獨特的三維親水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對人體組織友好。水凝膠因其獨特的機械性能、生物相容性、離子電導(dǎo)率、結(jié)構(gòu)可設(shè)計等特性而被廣泛研究和使用。水凝膠可為多種無機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、腦機接口電極等。通過收集和分析腦電圖信號，腦機接口提供了對大量實時大腦信息的訪問，包括大腦活動和精神狀態(tài)。天津大學王偉偉研究團隊成功開發(fā)出基于彈性體—水凝膠復(fù)合物的柔性電極，能夠高效檢測腦電信號，并應(yīng)用于腦機接口研究。

有機電化學晶體管

有機電化學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和電子學之間的交互接口，可以直接感受電化學反應(yīng)所產(chǎn)生的電子和空穴的濃度變化，從而實現(xiàn)高靈敏度的信號檢測。這使它成為構(gòu)建腦機接口系統(tǒng)的一種可行方案。復(fù)旦大學彭慧勝團隊結(jié)合碳納米管纖維與有機半導(dǎo)體材料，制備得到柔性可植入纖維狀有機電化學晶體管，能實現(xiàn)生物體內(nèi)化學物質(zhì)微量變化的穩(wěn)定檢測，且表現(xiàn)出良好的生物相容性和穩(wěn)定性。得益于對生物電子化學反應(yīng)信號的出色捕獲，該器件可實現(xiàn)對人體過氧化氫、葡萄糖、多巴胺、谷氨酸等的檢測，展現(xiàn)出較高的靈敏度和穩(wěn)定性。腦內(nèi)免疫熒光實驗表明，未發(fā)現(xiàn)器件帶來的炎癥反應(yīng)，安全性能良好。

腦機接口是具有跨時代研究意義的科學技術(shù)，但它所面臨的研究風險仍需重視，安全性以及器件穩(wěn)定性有待時間驗證。目前，我國在該領(lǐng)域研究應(yīng)積極與國際接軌，未來將有著廣闊的研究空間。

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

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