半导体所在植入式脑机接口器件研究方面取得新进展

中国科学院半导体研究所裴为华研究员团队在脑机接口核心器件——植入式神经微电极研发方面取得重要突破，开发出一种创新性神经透明电极技术，为神经信号的多模态高分辨采集和在体神经长期记录提供了创新解决方案。

电活动是以大脑为代表的神经信息系统产生、传输和处理信息的基础。检测活体生物的神经活动是脑科学研究、临床神经及精神类疾病研究和脑机接口应用研究的关键核心技术。植入式胞外神经微电极可以记录单个神经元的动作电位，具有非常高的时间分辨率；钙离子荧光成像是利用神经元放电或兴奋时，细胞内钙离子浓度会迅速上升10~100倍这一特点，通过对细胞内钙离子进行荧光标记、再利用植入式微型显微镜就可直接同时观察数百个甚至上千细胞的活动情况，具有很高的空间分辨能力。受限于荧光的寿命及其饱和浓度等条件限制，钙离子成像目前还无法快速响应神经元的时间变化。

针对自由活动动物神经活动记录高空间分辨和高时间分辨难以同步实施的难题，研究团队通过独特的光电材料复合设计和柔性电极工艺，成功实现了透明电极与迷你头戴式荧光显微镜的无缝集成，集成的光电神经接口器件植入小鼠大脑后几乎不影响小鼠的自由活动，通过对单个神经元电发放和群体神经元荧光钙离子光成像的同时双模记录，实现了对神经元环路的高时间分辨和高空间分辨的同步记录，为解析神经回路动态提供了一种创新工具（图1）。

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图1 光电双模神经接口器件及其动物实验结果

相关成果以Transparent, flexible graphene-ITO-based neural microelectrodes for simultaneous electrophysiology recording and calcium imaging of intracortical neural activity in freely moving mice为题，近日发表于《微系统与纳米工程(英文)》（Microsystems & Nanoengineering，DOI: 10.21203/rs.3.rs-4948066/v1）上。半导体所裴为华研究员和中国科学技术大学/深圳先进研究院毕国强教授为共同通讯作者。

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