哈佛新技术：超柔性脑机接口，实现大脑发育全程直播

发布时间：

2025-06-27

人类大脑如何从胚胎细胞层发育为复杂的三维器官？这一过程涉及神经活动的萌芽与演化，但传统技术难以观测早期胚胎大脑的动态变化。2025年6月，哈佛大学刘嘉团队在《Nature》发表突破性研究，开发出一种超柔性脑机接口设备，首次实现脊椎动物胚胎大脑发育过程的无创、高分辨率神经电活动记录，为理解大脑构建机制及神经发育疾病起源开辟新途径。

技术突破：超柔性设备与胚胎“共生长”

传统微电极因硬度过高无法适应胚胎大脑的柔软性与快速形变，导致早期神经活动研究成为“盲区”。刘嘉团队创新性地采用全氟聚醚二甲基丙烯酸酯（PFPE–DMA）这一含氟弹性体材料，制成厚度不足一微米、柔韧度与胚胎组织相当的网状电极阵列。

该设备在植入时机选择上展现出独特优势。研究团队精准定位在胚胎神经板阶段，即大脑发育的初始扁平单细胞层时期进行植入。利用大脑自然折叠、卷曲的发育过程，使设备能够随组织生长无缝融入三维脑结构。在生物兼容性方面，设备力学性能与胚胎组织高度匹配，植入后不影响蝌蚪的神经发育、行为及基因表达，真正实现了“隐形”监测。

“赛博蝌蚪”实验：首次实现全脑发育直播

研究团队以非洲爪蟾胚胎为模型，成功培育出首批“赛博蝌蚪”（Cyborg Tadpoles）。通过该设备，团队以毫秒级分辨率记录了从神经板到复杂大脑的全程电活动，揭示了神经元同步化与神经回路形成的动态过程。实验结果表明，设备未干扰蝌蚪的正常发育与行为，充分验证了技术的安全性。这一成果首次实现了活体胚胎大脑三维电活动的连续观测，为研究神经发育机制提供了直接证据。

科学意义与应用前景

该研究首次揭示脊椎动物大脑从二维到三维的构建过程，为理解神经回路形成机制提供了全新工具。在攻克神经发育疾病方面，为自闭症、精神分裂症等疾病的早期起源研究搭建了实验平台，有力推动早期诊断与干预的发展。

此外，在跨物种与临床转化方面，该技术已展现出广泛潜力。已在蝾螈胚胎中验证其在再生医学的应用，通过电刺激可调控神经再生。设备兼容小鼠及大鼠胚胎，未来或可应用于人类体外胚胎培养或子宫内监测。

未来展望：从实验室到临床

刘嘉教授指出，该技术的核心价值在于“顺应生命之力”——通过材料与植入时机的协同设计，实现设备与发育组织的共生。未来，结合虚拟现实（VR）技术，或可实时解析特定行为对应的神经活动，为认知科学与脑疾病治疗提供全新范式。

这项研究不仅是一项技术突破，更是一场科学思维的革新。从“赛博蝌蚪”到人类大脑，它为解开意识起源之谜提供了钥匙，也预示着生物医学工程进入“柔性共生”的新时代。

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