ECoG（Electrocorticography，電皮層圖記錄）是一種神經介面，由一組電極組成，用於從大腦表面記錄腦活動。這種植入物放置在皮層表面上方（硬腦膜外）或下方（硬腦膜下），能夠在大腦的大片區域內實作高時空分辨率的電生理記錄。ECoG陣列中的整合電極透過與大腦皮層表面的直接接觸，測量由皮層神經元產生的局部場電位的平均值。
目前，ECoG已在臨床上用作癲癇治療的診斷工具，植入後繪制大腦皮層圖譜並確定癲癇發作的病因，從而指導外科幹預。然而，開顱手術過程具有高度侵入性，增加了感染、手術並行癥以及患者潛在的外觀問題的風險。最近的研究表明，ECoG可以由更柔軟和更薄的材料制成，以提高慢性植入系統的化石相容性，但植入過程的侵入性仍然是這些技術廣泛套用的主要限制。
近日，劍橋大學工程系及生物醫學工程研究所的研究團隊於【Nature Communications】期刊上發表了一種整合軟流體驅動技術的柔性薄膜電極陣列，以及微創皮層下形狀可變的大面積電皮層圖記錄裝置MI-ECoG（微創電皮層圖）。這種包含32電極的裝置可以像折紙一樣折疊進行壓縮，並透過小型鉆孔顱骨開窗植入大腦，實作大面積皮層覆蓋,為微創手術大面積神經介面的實作提供了臨床可行的途徑。
MI-ECoG設計與制造
MI-ECoG裝置是一種創新性的柔性神經介面，專為最小侵入性手術設計。其可折疊的結構允許透過鉆孔開顱術將裝置小巧地插入硬腦膜下，並展開至覆蓋廣泛的皮層區域，用於神經記錄。裝置的核心是一個流體驅動的作動腔室，能夠在原位展開，實作全面的皮層覆蓋。
在制造方面，MI-ECoG利用薄膜技術，包括軟光刻和光刻工藝，最終形成由矽膠、Parylene-C、金和PEDOT材料組成的裝置。為實作流體腔室的高效展開，裝置采用了特殊的堆疊和聚合物雷射焊接技術。Parylene-C層之間透過雷射切割形成牢固的結構，確保腔室能夠承受高流體壓力並成功驅動裝置展開。此外，裝置外包裹兩層PDMS，以增加抗泄漏性。
由於裝置展開過程可視性有限，且X光成像被用於手術跟蹤，裝置兩側整合了由矽膠-鉍復合材料制成的不透明X光標記物。這些標記物柔性且化石相容，適合整合到薄膜植入物中。裝置還包括32個PEDOT電極，配置了低阻抗的PEDOT/金軌域組合，確保高效的神經記錄。
為了確保在有限的硬腦膜下空間內成功展開，MI-ECoG采用了受折紙啟發的包裝設計，將裝置側面折疊成「手風琴」式圖案，利用流體作動驅動實作橫向擴充套件。透過客製的引入工具，裝置可以準確折疊並放置於目標位置，確保手術的成功。
體外機械驗證
為確保MI-ECoG裝置能夠在有限的硬腦膜下空間內有效展開，進行了系統的壓力測試和擴充套件實驗。透過對裝置進行空氣和水的充氣實驗，發現裝置在使用空氣時能承受34–37kPa的壓力，而使用水時，最大耐受壓力顯著提升至77–89kPa，展示出裝置在擴充套件過程中良好的壓力承受能力。
隨後，利用模擬大腦和硬腦膜的水凝膠模型，驗證了裝置的擴充套件效能。測試表明，裝置可以在模擬的硬腦膜下空間內成功展開，且在插入過程中對「腦」組織的壓陷最大為2.5公釐。透過將裝置折疊成手風琴式形狀，實驗中只需施加16–17kPa的恒定空氣壓力，即可實作裝置的完全展開，進一步證明了其在手術中的可行性。此外，實驗還驗證了更大尺寸MI-ECoG設計的擴充套件能力，展示了該技術在更廣泛套用中的潛力。
生物活體實驗
在成功完成MI-ECoG裝置的體外驗證後，進一步在豬模型中進行了體內測試，以評估其在實際生物環境中的效能。實驗使用了約50公斤的豬，透過在兩個大腦半球的頭骨上鉆孔，將裝置植入並展開於皮層表面。
手術過程中，首先在硬腦膜上做一個小切口，透過客製的插入工具將折疊的MI-ECoG裝置引入到皮層表面。在手術中使用生理鹽水潤滑，以避免皮層損傷。裝置被成功植入後，透過連線壓力傳感器的註射器進行充氣，並使用X射線成像監測裝置的展開過程。實驗表明，裝置可以從初始的4公釐寬度完全展開到20公釐，且施加的氣壓僅為14–17kPa，與體外實驗結果一致。
在成功展開後，MI-ECoG裝置被用於記錄豬的大腦皮層活動。透過連線Intan RHS系統，裝置記錄了聽覺誘發電位（AEPs），與傳統植入的PtIr ECoG裝置的記錄結果相似，驗證了其神經記錄功能。在植入後，裝置的電極阻抗保持在可接受範圍內，進一步證明了其在實際操作中的有效性。
此外，實驗還表明，MI-ECoG裝置在完全展開後能夠透過插入的硬腦膜切口滑動撤出，展示了裝置的可重復使用性和安全性。術後檢查發現，裝置的植入和擴充套件對皮層表面沒有造成明顯損傷，進一步確認了其化石相容性和安全性。
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