為什么電極總是漏掉皮層2/3的信息？城大團隊液態金屬電極給出了方案

你有沒有捏過橡皮泥？冬天硬邦邦，夏天軟趴趴。這個連小朋友都懂的道理，最近被科學家用在了大腦上——而且解決了一個困擾腦機接口領域幾十年的難題。

現在的植入式腦機接口電極，主要分為兩類。

一類是"鋼筋派"，比如Utah array，像細小的鋼針直接扎進大腦。信號確實清楚，但大腦可不是靜止的豆腐，它每天在你顱骨里微微晃動。硬碰硬幾個月，周圍就長出一圈疤痕組織，電極就像被捂住了一樣，信號不斷衰減。更麻煩的是，刺進去的過程本身就有損傷的。

另一類是"貼膜派"，超薄柔性電極，像給大腦貼手機膜。雖然是柔性的，但大腦表面根本不是平，它像核桃一樣滿是溝壑。膜只能覆蓋住鼓起來的腦回，凹進去的腦溝——里面藏著大約三分之二的皮層信息——完全夠不著。就像把一張保鮮膜鋪在樓梯上，臺階的立面全是空的。

會"發燒"的芯片：先硬后軟

近日，香港城市大學史鵬教授團隊在Science Advances上發布了一項研究《Electronics with switchable flexibility for 3D conforming neural interfaces》，公布了一張神奇的"變形電極"，第一作者為博士生何星道與Matthew Chamberlin。該項工作由史鵬教授與楊勇教授共同指導。

這個變形電極本質是一種液態金屬合金，熔點被精確調到了36.2°C——剛好比你的體溫低一點點。常溫下，它像塑料片一樣硬，可以被折成大腦溝回的復雜形狀；一旦植入體內，碰到你的體溫，它就"發燒融化"，瞬間變軟，有效模量從2.63 GPa暴跌到1.66 MPa，溫柔地貼合在腦溝深處，像融化一樣成為大腦的一部分。

圖1 sFlex-Fold系統設計與3D皮層貼合工作原理示意圖。

從35,000種配方里找"溫度臨界點"

為了找到這個"剛好在體溫邊緣融化"的黃金配方，研究團隊訓練了一個神經網絡模型，輸入17種材料特征，讓AI篩選了35,145種鎵基合金配方，最終挑出了Ga97Ag3（簡稱GaAg）。實測熔點峰值36.2°C，不僅精準卡在體溫門口，導電性還比純鎵高140%，在神經信號主要頻段的阻抗改善了37倍。

奇妙的是，這個配方把過冷效應從-32°C推到了-21.8°C，意味著醫生在植入時有更充裕的時間操作，電極不會提前"融化"。

圖2 AI輔助液態金屬合金設計流程與GaAg性能表征。

大腦的"量身定制"

光有材料不夠，還得把它做成電路。團隊用低能量紫外激光在冷凍的合金上直接雕刻出蛇形電路，分辨率達到了約11.5微米——比頭發絲還細。

為了驗證這款電極能夠有效覆蓋到大腦的溝壑縫隙處，研究人員在豬腦上做了測試。豬腦和人腦一樣滿是溝回。CT三維掃描顯示，傳統柔性電極和腦組織之間到處是1毫米以上的縫隙，像不合身的斗篷到處漏風；而sFlex-Fold的縫隙只有0.055毫米，貼合度好10倍以上。在腦溝的彎折處，它能像定制西裝一樣順應曲率，傳統電極卻只能"架"在溝上。

圖3 離體豬腦皮層貼合度定量評估。

小鼠腦溝里的實驗

除了驗證sFlex-Fold能夠有效覆蓋大腦，研究人員還進行了小鼠在體實驗，用于驗證其有效性。

研究團隊把電極放進小鼠大腦的中央溝（central groove）——一個表面電極歷來夠不著的"死角"。

結果發現：sFlex-Fold捕捉到的神經信號與直接插入的鎢針參考電極高度同步，信號相關性達到0.74±0.07，幾乎和直接插入大腦沒區別；而傳統商用柔性電極（ECoG-array）的相關性只有0.32±0.08。在刺激實驗中，sFlex-Fold向腦溝內發送一個電脈沖，成功在對側大腦誘發了清晰的神經響應；傳統柔性電極在相同條件下，對面大腦毫無反應——它根本沒能和溝壁建立有效接觸。

圖4 大鼠在體神經記錄與刺激性能表征。

長期共存：從"異物"到"隱形皮膚"

另一個重要突破是長期安全性。植入4周后，貼傳統銅柔性電極的大鼠75%在術后24小時內死于急性顱內出血；而貼sFlex-Fold的大鼠全部存活。存活動物的對比同樣懸殊：sFlex-Fold組的大鼠疼痛更輕、體重恢復更快、活動更正常。

4周后取出來的腦組織顯示，傳統電極下面的腦組織被壓得嚴重變形，而sFlex-Fold下面幾乎完好。免疫熒光染色證實，sFlex-Fold引起的膠質瘢痕和炎癥反應都顯著低于傳統電極，幾乎像大腦的"隱形皮膚"。

圖5長期植入生物相容性與組織學評估。

腦機接口的下一次跨越，也許不是算法，也不是算力，而更可能屬于材料、結構與生物之間的協同。

sFlex-Fold最值得關注的地方，并不是它能夠折疊、能夠發熱，而是它改變了人與大腦建立連接的方式：進入時足夠堅硬，駐留時足夠柔軟；植入時追求精準，長期則追求共生。這種“剛柔轉換”的理念，或許正是未來腦機接口設計的重要方向。

大腦用了數億年的進化塑造出復雜的溝回結構，人類不應再試圖用一塊平面的電極去“征服”它，而應該設計能夠主動適應它的接口。

因此，sFlex-Fold回答的不僅是一個電極設計問題，更是腦機接口領域長期懸而未決的核心命題：如何在盡可能不破壞腦組織的前提下，真正觸及那些隱藏在腦溝深處的重要神經網絡。

如果說過去的腦機接口時代屬于“讀表面”，那么隨著這類三維柔性電極的發展，一個能夠覆蓋腦回與腦溝、連接更完整神經網絡的“讀全腦”時代，或許已經悄然開啟。真正的未來，不只是連接更多神經元，而是以更符合生物規律的方式，與大腦建立長期而穩定的共生關系。

參考：He, X., Chamberlin, M., Chen, Z., et al. Electronics with switchable flexibility for 3D conforming neural interfaces. Sci. Adv. 12, eaee2752 (2026).

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