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(lèi)大腦設備植入手術(shù)后，首位受試者“似乎已完全康復，沒(méi)有出現不良反應。受試者只需思考就可以在電腦屏幕上移動(dòng)鼠標”。此次實(shí)驗對于人類(lèi)無(wú)疑具有重要意義，通過(guò)向人腦植入電極、芯片等裝置，建立連接人腦與外部設備的通信和控制通道，從而實(shí)現用大腦生物電信號直接操控外部設備或以外部刺激調控大腦活動(dòng)的目的，這將為未來(lái)的人機互動(dòng)提供強有力的保障，為一些醫學(xué)難題的解決提供新的方向。

簡(jiǎn)單來(lái)講，腦機接口可以使人腦與外部設備連接，使得神經(jīng)信號可以通過(guò)傳感器收集并轉化為電信號等形式，將大腦思考或者嘗試的想法從電子設備上以文字等手段輸出，實(shí)現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(lèi)。侵入式，意味著(zhù)患者通過(guò)開(kāi)顱手術(shù)將電極傳感器植入頭骨下的腦皮層中，顱內作為接口位置，進(jìn)而進(jìn)行信息轉化。非侵入式，是將傳感器貼于患者顱骨外或頭皮上，通過(guò)刺激捕獲電信號以及分析化學(xué)傳感信號，進(jìn)而實(shí)現信息的腦機傳輸。

腦機接口能夠實(shí)現人腦和外部機械設備之間的高通量信息交換。50多年來(lái)，神經(jīng)生理學(xué)家、化學(xué)家一直使用各種電極、傳感器材料來(lái)研究大腦活動(dòng)，其中許多材料在化學(xué)研究領(lǐng)域很常見(jiàn)?，F在，我們就簡(jiǎn)單整理一些化學(xué)材料在腦機接口技術(shù)中的應用，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用的主要原因在于碳材料具有生物相容性和無(wú)毒性，提供了優(yōu)越的電荷注入能力和高導電性，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、導電性和穩定性，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(xué)一研究團隊就曾選擇性地將化學(xué)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 )結構，對人體組織友好。水凝膠因其獨特的機械性能、生物相容性、離子電導率、結構可設計等特性而被廣泛研究和使用。水凝膠可為多種無(wú)機納米材料提供良好的載體，從而構建性能更加出色的復合材料。具有良好導電性、拉伸性、刺激響應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(guò)收集和分析腦電圖信號，腦機接口提供了對大量實(shí)時(shí)大腦信息的訪(fǎng)問(wèn)，包括大腦活動(dòng)和精神狀態(tài)。天津大學(xué)王偉偉研究團隊成功開(kāi)發(fā)出基于彈性體—水凝膠復合物的柔性電極，能夠高效檢測腦電信號，并應用于腦機接口研究。

有機電化學(xué)晶體管

有機電化學(xué)晶體管是一種兼具優(yōu)異離子和電子傳導特性的半導體材料，離子—電子相互作用使其可作為生物學(xué)和電子學(xué)之間的交互接口，可以直接感受電化學(xué)反應所產(chǎn)生的電子和空穴的濃度變化，從而實(shí)現高靈敏度的信號檢測。這使它成為構建腦機接口系統的一種可行方案。復旦大學(xué)彭慧勝團隊結合碳納米管纖維與有機半導體材料，制備得到柔性可植入纖維狀有機電化學(xué)晶體管，能實(shí)現生物體內化學(xué)物質(zhì)微量變化的穩定檢測，且表現出良好的生物相容性和穩定性。得益于對生物電子化學(xué)反應信號的出色捕獲，該器件可實(shí)現對人體過(guò)氧化氫、葡萄糖、多巴胺、谷氨酸等的檢測，展現出較高的靈敏度和穩定性。腦內免疫熒光實(shí)驗表明，未發(fā)現器件帶來(lái)的炎癥反應，安全性能良好。

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

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

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