ECoG（Electrocorticography，电皮层图记录）是一种神经接口，由一组电极组成，用于从大脑表面记录脑活动。这种植入物放置在皮层表面上方（硬脑膜外）或下方（硬脑膜下），能够在大脑的大片区域内实现高时空分辨率的电生理记录。ECoG阵列中的集成电极通过与大脑皮层表面的直接接触，测量由皮层神经元产生的局部场电位的平均值。
目前，ECoG已在临床上用作癫痫治疗的诊断工具，植入后绘制大脑皮层图谱并确定癫痫发作的病因，从而指导外科干预。然而，开颅手术过程具有高度侵入性，增加了感染、手术并发症以及患者潜在的外观问题的风险。最近的研究表明，ECoG可以由更柔软和更薄的材料制成，以提高慢性植入系统的生物相容性，但植入过程的侵入性仍然是这些技术广泛应用的主要限制。
近日，剑桥大学工程系及生物医学工程研究所的研究团队于【Nature Communications】期刊上发表了一种集成软流体驱动技术的柔性薄膜电极阵列，以及微创皮层下形状可变的大面积电皮层图记录装置MI-ECoG（微创电皮层图）。这种包含32电极的装置可以像折纸一样折叠进行压缩，并通过小型钻孔颅骨开窗植入大脑，实现大面积皮层覆盖,为微创手术大面积神经接口的实现提供了临床可行的途径。
MI-ECoG设计与制造
MI-ECoG设备是一种创新性的柔性神经接口，专为最小侵入性手术设计。其可折叠的结构允许通过钻孔开颅术将设备小巧地插入硬脑膜下，并展开至覆盖广泛的皮层区域，用于神经记录。设备的核心是一个流体驱动的作动腔室，能够在原位展开，实现全面的皮层覆盖。
在制造方面，MI-ECoG利用薄膜技术，包括软光刻和光刻工艺，最终形成由硅胶、Parylene-C、金和PEDOT材料组成的设备。为实现流体腔室的高效展开，设备采用了特殊的堆叠和聚合物激光焊接技术。Parylene-C层之间通过激光切割形成牢固的结构，确保腔室能够承受高流体压力并成功驱动设备展开。此外，设备外包裹两层PDMS，以增加抗泄漏性。
由于设备展开过程可视性有限，且X光成像被用于手术跟踪，设备两侧集成了由硅胶-铋复合材料制成的不透明X光标记物。这些标记物柔性且生物相容，适合集成到薄膜植入物中。设备还包括32个PEDOT电极，配置了低阻抗的PEDOT/金轨道组合，确保高效的神经记录。
为了确保在有限的硬脑膜下空间内成功展开，MI-ECoG采用了受折纸启发的包装设计，将设备侧面折叠成「手风琴」式图案，利用流体作动驱动实现横向扩展。通过定制的引入工具，设备可以准确折叠并放置于目标位置，确保手术的成功。
体外机械验证
为确保MI-ECoG设备能够在有限的硬脑膜下空间内有效展开，进行了系统的压力测试和扩展实验。通过对设备进行空气和水的充气实验，发现设备在使用空气时能承受34–37kPa的压力，而使用水时，最大耐受压力显著提升至77–89kPa，展示出设备在扩展过程中良好的压力承受能力。
随后，利用模拟大脑和硬脑膜的水凝胶模型，验证了设备的扩展性能。测试表明，设备可以在模拟的硬脑膜下空间内成功展开，且在插入过程中对「脑」组织的压陷最大为2.5毫米。通过将设备折叠成手风琴式形状，实验中只需施加16–17kPa的恒定空气压力，即可实现设备的完全展开，进一步证明了其在手术中的可行性。此外，实验还验证了更大尺寸MI-ECoG设计的扩展能力，展示了该技术在更广泛应用中的潜力。
生物活体实验
在成功完成MI-ECoG设备的体外验证后，进一步在猪模型中进行了体内测试，以评估其在实际生物环境中的性能。实验使用了约50公斤的猪，通过在两个大脑半球的头骨上钻孔，将设备植入并展开于皮层表面。
手术过程中，首先在硬脑膜上做一个小切口，通过定制的插入工具将折叠的MI-ECoG设备引入到皮层表面。在手术中使用生理盐水润滑，以避免皮层损伤。设备被成功植入后，通过连接压力传感器的注射器进行充气，并使用X射线成像监测设备的展开过程。实验表明，设备可以从初始的4毫米宽度完全展开到20毫米，且施加的气压仅为14–17kPa，与体外实验结果一致。
在成功展开后，MI-ECoG设备被用于记录猪的大脑皮层活动。通过连接Intan RHS系统，设备记录了听觉诱发电位（AEPs），与传统植入的PtIr ECoG设备的记录结果相似，验证了其神经记录功能。在植入后，设备的电极阻抗保持在可接受范围内，进一步证明了其在实际操作中的有效性。
此外，实验还表明，MI-ECoG设备在完全展开后能够通过插入的硬脑膜切口滑动撤出，展示了设备的可重复使用性和安全性。术后检查发现，设备的植入和扩展对皮层表面没有造成明显损伤，进一步确认了其生物相容性和安全性。
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