“賽博胚胎”繪製大腦發育中神經活動

科技日報北京7月1日電 （記者張夢然）美國哈佛大學領導的研究團隊設計並測試了一種稱為“賽博胚胎”的柔性電極神經信號記錄平台。這是一種專為發育中的大腦“量身打造”的生物電子平台，可通過胚胎髮育實現全腦探針植入。其有望揭示胚胎是如何隨發育逐步建立起神經環路的，以及神經環路與複雜行為之間的關聯。該成果在神經科學領域具有里程碑意義，相關研究作為封面文章發表在新一期《自然》雜誌上。

這一成果被認為是首個實現對非透明胚胎中發育期大腦活動進行毫秒級電生理記錄的技術突破，為研究神經發育機制、理解相關疾病以及推動腦機接口技術發展提供了全新工具。

該系統的獨特之處在於其出色的機械適應性，能夠隨着大腦從二維結構向三維形態轉變同步調整，從而穩定地記錄腦電活動。團隊選用了PFPE作為電極絕緣層，這種氟化彈性體不僅具備極高的柔韌性和良好的生物相容性，還支持亞微米級金屬線路的高精度製造。目前，由該材料製成的柔性電極已在人腦記錄中展現出優異性能。

此前，由於缺乏合適的記錄手段，科學家對神經系統在發育階段的電活動了解極為有限。而這項新技術就像一台穩定的攝像機，能夠連續、清晰地捕捉從神經元初現到複雜網絡形成的完整過程，時間分辨率可達單次放電級別，空間覆蓋多個腦區。

研究團隊從發育生物學中獲得啓發，利用脊椎動物胚胎髮育過程中“神經胚形成”階段的自然變化，將超薄、可拉伸的電極陣列嵌入胚胎神經板中。隨着神經管閉合，電極也隨之摺疊、展開，最終與三維腦組織高度整合。實驗表明，這一方法不僅實現了無縫集成，還不會干擾大腦的正常發育和功能。

該平台已應用於多種脊椎動物模型，包括非洲爪蟾胚胎、小鼠胚胎和新生大鼠神經系統，在不同物種中實現了穩定的電生理記錄。特別是在脊髓損傷再生實驗中，研究團隊觀察到類似發育過程的神經活動模式，顯示出該系統在再生醫學領域的廣泛應用前景。

【總編輯圈點】

人們一直想知道，神經系統如何萌芽、生長、組成複雜的神經網絡。由於缺乏有效的監測手段，我們很難探知大腦發育之初發生了什麼。此次，科研人員設計了一種柔性電極神經記錄平台。能在活着的、正在發育的胚胎內部，以極高清晰度（毫秒級）記錄整個大腦神經電活動，相當於為神經生長拍攝一部紀錄片。依託這一平台，我們不僅能清晰看到大腦內的“電路”如何搭建，還能增進對腦部疾病、腦機接口開發和神經如何再生的理解。