您当前浏览器版本过低,为了不影响您的使用,建议您使用最新的谷歌浏览器、火狐浏览器、 360浏览器,更换浏览器后使用更流畅!(注意!双核浏览器请切换为极速模式)
400-607-9388

Nature:刘嘉团队在胚胎发育过程中将电子设备植入大脑,首次记录神经系统从无到有完整电活动过程

2025-06-13
3835

艾思科蓝官网-版头.gif


2025 年 6 月,哈佛大学工程与应用科学学院刘嘉(Jia Liu)教授课题组在国际顶级期刊 Nature 在线发表了题为「Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development」的研究论文。该研究提出了一种颠覆性思路:利用胚胎自然发育过程将柔性电子设备「顺势」植入大脑,从而实现对整个脑发育过程的无创、稳定、高时空分辨率的神经电活动记录。


640.png


示意图显示了通过胚胎发育实现柔性电子器件的自发植入与稳定集成。左侧示意图展示柔性电子器件在不同发育阶段非洲爪蟾胚胎中的植入过程。右侧上方示意图为对应的神经板解剖示意图,说明器件如何在神经板折叠过程中卷入神经组织,最终与神经管形成三维结合(右侧下方示意图)。


「顺势而为」的脑机接口植入方式


传统脑机接口的植入多发生在动物成熟期,往往伴随组织损伤、炎症反应与信号不稳定等问题。尤其在胚胎或新生期,由于大脑快速增长、结构剧烈重塑,更使得持续、精准记录神经活动成为极大挑战。研究团队受神经板从二维展开到三维成脑的发育过程启发,设计出一种亚微米厚度、组织柔软度匹配的网状电极阵列,在神经系统尚处于扁平的二维状态时进行植入。随着神经板自然内陷并重构为三维神经管,该电极阵列可被组织自身力量「拉入」脑中,实现与神经组织的三维嵌合与稳定接触。


640 (1).png

柔性电子器件在非洲爪蟾胚胎发育过程中从植入到稳定融合的过程


原位追踪神经发育与电生理活动


研究团队在非洲爪蟾与墨西哥钝口螈胚胎中成功实现了电极的无创植入与同步发育。通过高密度、多通道柔性电极阵列,他们记录到胚胎从早期同步低频脑电活动,到中期钙波样信号,再到晚期清晰单神经元尖峰信号的逐步演化过程。实验还证实,该系统在 7 天以上的发育周期中保持高质量记录能力,电极信号稳定,组织无显著损伤,且不会干扰动物行为发育。更令人惊喜的是,研究团队首次在尾部切除模型中观察到远离损伤部位的大脑神经元会对损伤作出响应,表现为放电频率增加与神经状态重构。进一步地,通过模拟这些脑电信号的外部电刺激,团队发现能够加速尾部的组织再生,提示大脑可能在非脑组织再生中发挥远程调控作用,为再生医学带来新的方向。


640 (2).png

柔性电子器件揭示出在非洲爪蟾胚胎发育过程中,神经电活动从全脑同步向局部化神经元放电的转变过程


平台可拓展至多类模型动物


本研究采用的电子材料为 PFPE–DMA,一种机械性能与胚胎组织极为匹配、同时兼容微纳光刻的超柔性聚合物。器件制造过程基于常规微纳加工平台,并兼容电子束光刻等高分辨率工艺,具备良好的可拓展性。研究团队指出,该技术除两栖类外也可适用于小鼠胚胎与新生大鼠等哺乳动物,未来有望结合体外胚胎培养或子宫内成像技术,实现更广泛的发育神经学研究。


「我们希望这个工具不仅突破了脑机接口在发育早期连续高时空分辨率记录的技术瓶颈,也为揭示神经系统发育的关键时空规律、探索神经调控再生机制,乃至开发新一代『成长式』神经电子接口提供了基础平台」。该文的第一作者盛昊(Hao Sheng)评论道。


艾思科蓝官网-版尾.jpg

已收藏 0
点赞 3

学术会议

【IEEE出版 | 兰州大学校内举办】第19届复合医学工程国际会议(CME 2025)
第19届复合医学工程国际会议(CME 2025)将于2025年8月1日至3日在中国甘肃省兰州市举行,会议由国际复合医学工程学会(ICME)主办, 兰州大学承办。
2025-08-01
【高层次|国际化|连续11届EI检索】第十二届行为与社会计算国际会议(BESC 2025)
行为与社会计算国际会议(BESC)是一个重要的国际论坛,旨在汇聚来自人工智能、计算社会科学、自然语言处理、商业与市场,以及行为与心理科学等领域的学术研究人员和行业实践者,共同展示最新的研究成果。
2025-10-16
【院士报告,JPCS独立出版,EI检索】2025年先进材料与结构力学国际学术会议(ICAMSM 2025)
2025年先进材料与结构力学国际学术会议(ICAMSM 2025)2025年先进材料与结构力学国际学术会议(ICAMSM 2025)将于2025年7月25日至27日在中国沈阳举行。
2025-07-25
【IEEE出版|EI稳定检索|往届快至会后3.5个月检索】第五届计算机科学与区块链国际学术会议(CCSB 2025)
第五届计算机科学与区块链国际学术会议(CCSB 2025)将于2025年8月1日至3日在中国深圳市召开,会议旨在为计算机科学与区块链相关领域的专家、学者提供一个交流思想、促进合作的平台。
2025-08-01
【IEEE出版 | 往届提交后两个月检索】第四届半导体与电子技术国际研讨会(ISSET 2025)
2025年第四届半导体与电子技术国际研讨会(ISSET 2025)将于2025年7月25日-27日在中国西安举行。ISSET 2025将围绕“半导体”与“电子技术”等相关最新研究领域展开。
2025-07-24
【七专题会场|高层次专家报告|稳定检索】第二届可持续发展与能源资源国际学术会议(SDER 2025)
第二届可持续发展与能源资源国际学术会议(SDER 2025)将于2025年8月1-3日在中国深圳隆重举行。大会诚邀国内外高校、科研机构专家、学者,企业界人士及其他相关人员投稿与参会交流。
2025-08-01
相关资讯

重磅!中科大、清华大学创造纪录!

记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、张强等与清华大学王向斌、济南量子技术研究院刘洋、中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星、张伟君等合作,通过发展低串扰相位参考信号控制、极低噪声单光子探测器等技术,实现了光纤中1002公里点对点远距离量子密钥分发,不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录,也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案。

47597

20

2023-05-31

985高校,突破半世纪极限!

据西北工业大学官微消息,日前,西北工业大学空天微纳系统创新团队在飞行器减阻方面取得突破性进展。该团队通过模仿我国库姆塔格沙漠特有的舌状分形沙垄结构,设计出仿沙垄舌形多层分形减阻微纳结构。该结构减阻率较之前国际报道的最好水平提高了52%,减阻风向摄动角度从35°增加到了60°,减阻性能已突破半世纪以来小肋气动减阻技术性能极限。

46796

25

2023-04-04

突破重瓣花育种瓶颈!上海师大张辉团队创制出极具观赏性的“花中生花”型重瓣矮牵牛

突破重瓣花育种瓶颈!上海师大张辉团队创制出极具观赏性的“花中生花”型重瓣矮牵牛

3954

4

2025-07-16

Nature子刊 | 年轻时运动或可为晚年存下“健康本金” ,空军军医大学高峰等团队合作发现生命早期的运动可延长健康寿命

Nature子刊 | 年轻时运动或可为晚年存下“健康本金” ,空军军医大学高峰等团队合作发现生命早期的运动可延长健康寿命

3923

4

2025-07-16

破解百年争论!Science:人类即使老年时,大脑仍在持续产生新的神经元

破解百年争论!Science:人类即使老年时,大脑仍在持续产生新的神经元

3830

3

2025-07-10

颜宁/黄健团队再取研究进展!

颜宁/黄健团队再取研究进展!

3749

3

2025-07-08