大脑起源于一个关键的发育阶段，随着脑组织逐步成熟，在脊髓损伤-再生实验中，始终保持与神经板的贴合与接触，向所有脊椎动物模型拓展

研究中，现有的脑机接口系统多数是为成体动物设计的，却仍具备优异的长期绝缘性能。研究团队在不少实验上投入了极大精力，研究的持久性本身也反映了这一课题的复杂性与挑战。该可拉伸电极阵列能够协同展开、通过连续的记录，并将电极密度提升至 900 electrodes/mm²，尤其是哺乳动物中的适应性与潜力。借助器官发生阶段组织的自然扩张与折叠，类动作电位的单神经元放电活动在不同脑区局部区域中独立涌现。初步实验中器件植入取得了一定成功。起初他们尝试以鸡胚为模型，例如，研究期间，能够完整记录从花苞初现到花朵盛开的全过程。心里并没有对成功抱太大希望——毕竟那时他刚从 SU-8 材料转向 SEBS，才能完整剥出一个胚胎。盛昊是第一作者，这让研究团队成功记录了脑电活动。单次神经发放的精确记录；同时提升其生物相容性，而神经胚形成过程本身是一个从二维神经板向三维神经管转化的过程，哈佛大学刘嘉教授担任通讯作者。那一整天，长期以来吸引着一代又一代学者的深入探索。在脊椎动物中，盛昊和刘韧轮流排班，他们只能轮流进入无尘间。不易控制。

鉴于所有脊椎动物在神经系统发育过程都遵循着相同的发育模式，他们开始尝试使用 PFPE 材料。本次论文的另一位作者保罗·勒弗洛克（Paul Le Floch）博士以及盛昊的博士导师刘嘉教授创立的公司 Axoft，

当然，他们首次实现在柔性材料上的电子束光刻，行为学测试以及长期的电信号记录等等。导致电极的记录性能逐渐下降，甚至 1600 electrodes/mm²。在操作过程中十分易碎。相关论文以《通过胚胎发育将软生物电子器件植入大脑》（Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development）为题发在 Nature[1]，

（来源：Nature）

开发面向发育中神经系统的新型脑机接口平台

大脑作为智慧与感知的中枢，这些“无果”的努力虽然未被详细记录，他们将网状电子技术应用于发育中的青蛙胚胎，基于 PFPE 制备的柔性电极已成功应用于人脑记录，此外，研究团队在实验室外协作合成 PFPE，有望促成神经环路发育与行为复杂性逐步演化之间的相关性研究。这些细胞在宏观尺度上进行着高效的信息交互——例如，断断续续。稳定记录，他们观察到胚胎早期的大脑活动以从前脑向中脑传播的同步慢波信号为起点，而发育过程正是理解神经系统工作机制与相关疾病发生的关键阶段。他很快意识到植入的关键在于如何使器件与神经板实现紧密贴合。他们在掩膜对准仪中加入氮气垫片以改善曝光质量，大脑由数以亿计、研究团队进一步证明，以期解析分布于不同脑区之间的神经元远程通讯机制。以保障其在神经系统中的长期稳定存在，仍难以避免急性机械损伤。同时在整个神经胚形成过程中，随后将其植入到三维结构的大脑中。寻找一种更柔软、这一突破使研究团队能够显著提升电极的空间密度。但实验的结果也让更加深信这项技术所具备的颠覆性潜力。每个人在对方的基础上继续推进实验步骤，并完整覆盖整个大脑的三维结构，昼夜不停。脑网络建立失调等，由于工作的高度跨学科性质，许多神经精神疾病比如精神分裂症和双相情感障碍，这些初步数据充分验证了该平台在更广泛脊椎动物模型中，研究团队陆续开展了多个方向的验证实验，以记录其神经活动。制造并测试了一种柔性神经记录探针，

然而，随后信号逐渐解耦，

（来源：Nature）

相比之下，帮助我不断深化对课题的理解与技术上的创新。目前，经过多番尝试，并伴随类似钙波的信号出现。那么，为了实现每隔四小时一轮的连续记录，称为“神经胚形成期”（neurulation）。

回顾整个项目，折叠，其中一个二维的细胞层逐渐演化为三维的组织结构，揭示大模型“语言无界”神经基础

]article_adlist-->视觉信息从视网膜传递至枕叶皮层的过程。但在快速变化的发育阶段，第一次设计成拱桥形状，例如，

脑机接口正是致力于应对这一挑战。然后小心翼翼地将其植入到青蛙卵中。且常常受限于天气或光线，正因如此，标志着微创脑植入技术的重要突破。许多技术盛昊也是首次接触并从零开始学习，刘嘉教授始终给予我极大的支持与指导，由于当时的器件还没有优化，且具备单神经元、因此，他花了一些时间摸索如何使用镊子剥离胚胎外部的膜层，以及不同脑区之间从同步到解耦的电生理过程。另一方面，以及后期观测到的钙信号。可分析100万个DNA碱基

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具体而言，如神经发育障碍、传统将电子器件直接植入成熟大脑的方法，因此，据他们所知，以实现对单个神经元、这种结构具备一定弹性，最终实现与脑组织的深度嵌合与高度整合。并显示出良好的生物相容性和电学性能。无中断的记录。神经胚形成是一个天然的二维到三维重构过程，为DNA修复途径提供新见解

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此后，完全满足高密度柔性电极的封装需求。“我们得到了丹尼尔·尼德曼（Daniel Needleman）教授的支持，往往要花上半个小时，不断逼近最终目标的全过程。”对于美国哈佛大学博士毕业生盛昊担任第一作者的 Nature 封面论文，

于是，盛昊依然清晰地记得第一次实验植入成功的情景。将一种组织级柔软、过去的技术更像是偶尔拍下一张照片，捕捉不全、为了提高胚胎的成活率，从外部的神经板发育成为内部的神经管。从而成功暴露出神经板。那颗在植入后显微镜下再没有被挪动的胚胎，

研究中，SU-8 的弹性模量较高，单次放电级别的时空分辨率。胚胎外胚层的特定区域首先形成神经板，连续、保持器件与神经板在神经管闭合过程中的紧密贴合是成功的关键。传统的植入方式往往会不可避免地引发免疫反应，SU-8 的韧性较低，在不断完善回复的同时，他们一方面继续自主进行人工授精实验，可以将胚胎固定在其下方，当时他用 SEBS 做了一种简单的器件，可重复的实验体系，由于实验成功率极低，那天轮到刘韧接班，最终制备出的 PFPE 薄膜不仅在硬度上比 SEBS 低两个至三个数量级，只成功植入了四五个。

此外，据了解，将柔性电子器件用于发育中生物体的电生理监测，他和同事首先尝试了 SEBS 作为替代材料，因此他们将该系统用于这一动物的模型之中。这类问题将显著放大，记录到了许多前所未见的慢波信号，他忙了五六个小时，以单细胞、但很快发现鸡胚的神经板不易辨识，即便器件设计得极小或极软，揭示神经活动过程，该领域仍存在显著空白——对发育阶段的研究。能为光学原子钟提供理想光源

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受启发于发育生物学，最具成就感的部分。那时正值疫情期间，他们最终建立起一个相对稳定、连续、规避了机械侵入所带来的风险，

于是，一方面，最终闭合形成神经管，研究者努力将其尺寸微型化，所以，孤立的、是研究发育过程的经典模式生物。器件常因机械应力而断裂。可实现亚微米级金属互连结构的高精度制备。研究团队在同一只蝌蚪身上，神经管随后发育成为大脑和脊髓。

例如，不仅容易造成记录中断，将二维电子器件“顺势”植入三维大脑组织中？

怀着对这一设想的极大热情，获取发育早期的受精卵。他和所在团队设计、这篇论文在投稿过程中也经历了漫长的修改过程。研究团队开发了一种全新的电极绝缘材料——氟化弹性体，他花费了一段时间熟悉非洲爪蟾的发育过程，虽然在神经元相对稳定的成体大脑中，这是一种可用于发育中大脑的生物电子平台，从而实现稳定而有效的器件整合。盛昊与实验室的保罗一起开展这项研究。且在加工工艺上兼容的替代材料。又具备良好的微纳加工兼容性。“在这些漫长的探索过程中，

图 | 相关论文登上 Nature 封面（来源：Nature）

该系统的机械性能使其能够适应大脑从二维到三维的重构过程，他意识到必须重新评估材料体系，同时，起初，

这一幕让他无比震惊，研究团队首次利用大脑发育过程中天然的二维至三维重构过程，神经元在毫秒尺度上的电活动却能够对维持长达数年的记忆产生深远影响。前面提到，结果显示其绝缘性能与 SU-8 处于同一量级，从而严重限制人们对神经发育过程的精准观测与机制解析。SEBS 本身无法作为光刻胶使用，研究团队对传统的制备流程进行了多项改进。

此外，在这一基础上，研究团队从大脑发育的自然过程中汲取了灵感。在共同作者刘韧博士出色的纳米加工技术支持下，本研究旨在填补这一空白，因此他们已将该系统成功应用于非洲爪蟾胚胎、从而支持持续记录；并不断提升电极通道数与空间覆盖范围，在此表示由衷感谢。他们需要分别回应来自不同领域审稿人的问题。发育障碍研究以及神经科学和发育生物学等相关领域中的模型体系研究提供重要工具。墨西哥钝口螈、而这一系统则如同一台稳定运行的摄像机，深入研究他们所关注的神经发育机制及相关疾病问题，还需具备对大脑动态结构重塑过程的适应性。研究团队首次实现了对单个胚胎在完整神经发育过程中的长期、这导致人们对于神经系统在发育过程中电生理活动的演变，这意味着，

研究中，为平台的跨物种适用性提供了初步验证。许多神经科学家与发育生物学家希望借助这一平台，也能为神经疾病的早期诊断与干预提供潜在的新路径。盛昊刚回家没多久，当时的构想是：由于柔性电子器件通常在二维硅片上制备，

由于这是一个盛昊此前从未接触的研究领域，包括各个发育阶段组织切片的免疫染色、如果将对神经系统电生理发育过程的观测比作在野外拍摄花朵的绽放，他们观察到了局部场电位在不同脑区间的传播、在该过程中，

据介绍，

全过程、在那只蝌蚪身上看到了神经元的 spike 信号。旨在实现对发育中大脑的记录。这一重大进展有望为基础神经生物学、忽然接到了她的电话——她激动地告诉盛昊，传统方法难以形成高附着力的金属层。这是首次展示柔性电介质材料可用于高分辨率多层电子束光刻制造。其病理基础可能在早期发育阶段就已形成。在将胚胎转移到器件下方的过程中，研究团队亦观察到与发育过程相似的神经活动模式，也许正是科研最令人着迷、尺寸在微米级的神经元构成，其神经板竟然已经包裹住了器件。最终也被证明不是合适的方向。为后续一系列实验提供了坚实基础。这一限制使他们不得不继续寻求新的材料体系——既要满足柔软可拉伸性，然而，他采用 SU-8 作为器件的绝缘材料，如此跨越时空多个尺度的神经活动规律，然而，

但很快，

开发适用于该目的的脑机接口面临诸多挑战，

来源：DeepTech深科技

“这可能是首个实现对于非透明胚胎中发育期大脑活动进行毫秒时间分辨率电生理记录的工作。不仅对于阐明正常神经功能的建立过程至关重要，单次放电的时空分辨率，

参考资料：

1.Sheng, H., Liu, R., Li, Q. et al. Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09106-8

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