“腦機接口”這一常見于科幻電影的“神奇”技術，正悄然步入現(xiàn)實。如今，中國科學家團隊成功研發(fā)出被稱為“神經(jīng)蚯蚓”的智能纖維。它能夠在體內自由游走，實現(xiàn)對神經(jīng)電信號及組織微小形變的大面積、跨區(qū)域精準監(jiān)測，為該領域帶來重大突破。北京時間9月17日，來自中國科學院深圳先進技術研究院與東華大學的科研團隊在國際頂級期刊《自然》（Nature）上發(fā)表了題為《面向動態(tài)生物電子學的可移動長期植入軟纖維》的研究論文。

項目戰(zhàn)略指導專家、東華大學先進纖維材料全國重點實驗室主任朱美芳院士介紹，該研究提出了“活性”纖維神經(jīng)的概念，并創(chuàng)制了一種仿地球蠕蟲結構的、與生物組織力學高度匹配的、可拉伸和可移動的在體神經(jīng)接口纖維平臺。該平臺成功實現(xiàn)了神經(jīng)接口在大腦與肌肉系統(tǒng)的可控導航，以及動態(tài)實時、長時域（肌肉內13個月）的神經(jīng)電信號和生物力學信號監(jiān)測。東華大學先進纖維材料全國重點實驗室、材料科學與工程學院研究員嚴威表示，這一突破性成果標志著神經(jīng)電子學從靜態(tài)植入向動態(tài)交互、從剛性器件向主動智能纖維系統(tǒng)的范式轉變，為未來腦-機接口、可穿戴診療系統(tǒng)和慢病神經(jīng)調控開辟了全新路徑。

從“固定探針”到“游走監(jiān)測者”改寫神經(jīng)接口規(guī)則

在大自然中，蚯蚓憑借獨特的“體節(jié)”結構（metamerism），實現(xiàn)了高度分布式的感知與運動控制能力。每一節(jié)體段中都布有離散的感知與神經(jīng)單元，能夠精準地感知外界刺激并靈活響應，展現(xiàn)出在復雜環(huán)境中自由穿行的非凡適應性。正是從這一自然設計中汲取靈感，中國科學院深圳先進技術研究院的劉志遠研究員聯(lián)合嚴威研究員團隊提出了NeuroWorm——一種仿蠕蟲結構的動態(tài)、柔軟、可拉伸的纖維神經(jīng)接口。

傳統(tǒng)的神經(jīng)接口設備，更像“固定哨所”。例如，治療帕金森病的電極，植入后便“釘”在大腦某一區(qū)域，若要監(jiān)測其他部位，只能再次開刀、插入新的電極�？蒲袌F隊在早期研究中也面臨類似困境：特征尺寸40納米的金屬玻璃纖維雖能植入大腦，但一根纖維最多只能裝載4個傳感器，且質地偏硬，植入后身體會像排斥“外來入侵者”一樣產生排異反應。而“神經(jīng)蚯蚓”則大幅度打破了這些限制。

首先是“兵力升級”：團隊在一根頭發(fā)絲粗細（約200微米）的纖維上，沿纖維軸向分布了60個（是傳統(tǒng)方式的15倍）離散化的電極與應變傳感器。這相當于將60個“神經(jīng)偵探”裝入一根細針，不僅能在組織內部導航、實現(xiàn)微創(chuàng)植入，還能精準監(jiān)測多點神經(jīng)電信號和生物力學信號。

其次是“身段變軟”：纖維因其柔軟性、遠小于發(fā)絲的尺度，以及優(yōu)異的多材料與多功能集成性，正日益成為神經(jīng)接口領域中重要的器件形態(tài)之一。該研究中的纖維基底與人體組織的“軟硬度”高度匹配。在動物實驗中，這種纖維在肌肉中留存達13個月，取出時干凈無痕——顯示出良好的生物相容性，宛如“身體的一部分”。

最關鍵的是“學會游走”：研究人員聯(lián)合中國科學院深圳先進技術研究院的徐天添研究員團隊創(chuàng)新性地引入開放式磁控策略，實現(xiàn)了NeuroWorm在組織內的初步可控推進與轉向，使其在體內“聽話”地游走。實驗視頻中，這根透明纖維如蚯蚓穿梭泥土般，從實驗小白鼠的一個區(qū)域移動到另一區(qū)域，沿途留下清晰的神經(jīng)信號記錄，全程無需二次手術。纖維的能動性，得益于“磁控”黑科技�！八�就像一個機器人在大腦和肌肉中漫游，全程無創(chuàng)，對人體無害，”嚴威比畫著解釋道。

帕金森患者或將無需多次手術神經(jīng)疾病可提前預警

纖維“神經(jīng)蚯蚓”的突破性進展，正在重新定義神經(jīng)疾病的治療模式。在傳統(tǒng)的帕金森病治療中，患者可能需要在大腦的不同區(qū)域植入多個電極，每次手術都伴隨著一定的風險。然而，“神經(jīng)蚯蚓”僅需一次植入，便能游動至不同的病灶區(qū)域，監(jiān)測神經(jīng)電信號，甚至通過電刺激有效緩解癥狀——這預示著未來人類或將能夠借助它，實現(xiàn)對神經(jīng)活動的精準調控。

其更深遠的價值在于“長期監(jiān)測”能力。在動物實驗中，研究團隊通過極小的切口將NeuroWorm植入大鼠肌肉，連續(xù)記錄穩(wěn)定的生理信號超過43周，且在植入54周后仍未引發(fā)明顯的組織反應或纖維化包裹，展現(xiàn)出在同類器件中極為罕見的長期穩(wěn)定性和生物相容性。與傳統(tǒng)臨床導線類纖維相比，NeuroWorm對周圍組織的干擾極小，信號質量優(yōu)異，顯示出巨大的臨床轉化潛力。其13個月的體內留存能力，使其能夠像“神經(jīng)監(jiān)護儀”一樣，持續(xù)捕捉帕金森病、阿爾茨海默病等疾病的早期信號。“這就像可穿戴設備監(jiān)測心率一樣，它能提前發(fā)現(xiàn)神經(jīng)異常，在癥狀出現(xiàn)前發(fā)出預警�！眹劳�解釋道，這為神經(jīng)疾病的“早期干預”開辟了新的途徑。

朱美芳透露，未來，合作團隊將持續(xù)深化相關研究，通過構建大型電磁線圈陣列，旨在打造高強度、動態(tài)可調的磁場環(huán)境。同時，結合微型磁針陣列及閉環(huán)運動控制策略，力求在復雜組織內部實現(xiàn)安全、精準、實時的導航與感知解耦控制。這一突破將推動生物電子學從“固定被動記錄”向“移動智能協(xié)同”的關鍵性跨越。團隊期望未來能與更多應用單位開展緊密合作，以加速推動該技術的實際應用。

據(jù)悉，東華大學研究員嚴威，中國科學院深圳先進技術研究院研究員劉志遠、徐天添，以及副研究員韓飛共同擔任該論文的通訊作者，第一完成單位為中國科學院深圳先進技術研究院。中國科學院院士朱美芳、鄭海榮在項目整體布局、研究方向凝練、關鍵材料體系構建等關鍵環(huán)節(jié)提供了深度指導與重要支持。該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委員會、深圳市科技計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等多方面的資助與支持。