随着脑科学的发展，立体深度电极逐渐成为了多种神经和精神疾病的深部脑电信号记录和进行直接电神经调节的主要主要手段。在未来，立体深度电极可能被用于记忆障碍的研究以及脑机接口的开发。但是由于制备方法，电极结构，以及接线方式的限制，大部分的电极没法同时实现较高的空间分辨率，多通道的记录以及大脑内部深处信号的探测。虽然一些实验尝试混合集成的方法进行制备新的电极但是却对电极的尺寸施加了多重的限制。
加州大学Shadi. A. Dayeh教授课题组利用钛（Ti）作为牺牲层，制备了一种新型的柔性，可定制，单片集成的微型立体深度电极。该电极采用MEMS微加工制造工艺，能够记录脑组织10cm深度处记录多达128通道的数据，同时具有较好的柔性能够实现对局部电场和单个神经元活动的动作电位进行记录，并且在动物实验中展现了更小的组织损伤。这种新型的电极为跨神经精神疾病的神经调节研究铺平了道路。
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图1：微立体脑电电极（μSEEG）电极阵列。a. 具有四个 µSEEG 电极的单个玻璃基板的照片。b. 单个 PtNR 触点的（SEM）图像；插图显示 PtNR 的放大图像。c. µSEEG 阵列的结构组成。d. 照片显示阵列的“颈部”，其中U互联线提供了探针与外部的连结，圆形孔以稳定插入的不锈钢管心针。e. µSEEG 电极充气“护套”管心针插入区域光学显微镜图像。µSEEG 电极f. 正面、g. 背面的光学显微镜图像。h , i. 分别是f图的前端和g图后端的显微放大照片。红色箭头表示将第一层和第二层 PI 层互锁的微孔阵列。j. 128通道µSEEG电极以及与临床电极对比。k. 人类皮质神经元相对于临床SEEG电极和µSEEG电极对比图。l. 生产流程灵活，64通道µSEEG短电极（左），32通道µSEEG短电极（右），64 通道µSEEG电极m. 整体和n. 尖端的照片。o. 带有部分插入管心针的长µSEEG电极透视图。
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图2：μSEEG 电极短期和长期植入和记录。a、b短期和长期植入µSEEG电极装置的位置。c. 植入的µECoG电极和µSEEG 电极的图像对比图像。d. µSEEG电极和µECoG电极对不同位置的胡须刺激的电压响应图像。绿点表示每个通道和各个试验中对胡须的喷气刺激与之前基线的不同。e. 电流源密度图像，随着喷气刺激更接近C3和D3胡须，响应会增加。f. 用于长期大鼠记录的32通道µSEEG电极和带有ZIF连接器的定制印刷电路板 (PCB)，该连接器通过FFC将设备连接到记录系统。g. 用于32通道µSEEG电极的3D打印喷头。h, i.可视化的电极位置。j. 无刺激（基线）与有刺激（胡须吹气）时的电压和高伽玛功率 (65–200 Hz) 响应示意图。k.在植入后三个不同时间点对吹气的反应。l. 在长时间和多只大鼠身上的阻抗测量。
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图3：使用64通道µSEEG电极可以敏锐地记录受刺激的神经活动和持续的临床相关神经活动。a. 在猪皮质的短时间µSEEG记录过程中对脊髓进行直接电刺激图像结果。b. 随着电流水平的升高,沿着电极深度的电压响应变化。c. 上部：每个通道和每个电流距基线的最大电压偏转（左）和 beta功率振荡最大峰值（右）的二维热图。下部：每个通道和电流刺激后达到峰值电压的时间（左）和峰值beta带功率的时间（右）。d. 在麻醉过程中将短 µSEEG 电极暂时植入V4，图像展现了持续存在爆发抑制的情况。e. 沿电极深度自发持续活动。f. 在记录外侧颞叶的活动时，对低音和高音的听觉反应以不同的抖动时间随机呈现。g. 响应的差异随电极深度的变化而变化。
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图4：使用长 µSEEG 电极记录单个神经元的活动。a. 插入顶叶、颞叶和组织更深处的长µSEEG位置的三维图像。b. CT图片中大脑中三个假定的长µSEEG深度。c. 第二深度记录的图像，展示了单个单元尖峰活动。d、e. 在电极深度1(d) 和深度2(e)处记录单个神经元图像，显示了重叠波形和尖峰时间的自相关性。f. 在深度3处未观察到单神经元活动。g. 检测到的单神经元和MUA簇的数量图像。h. 位置检测到的簇相对于不同深度的平均尖峰率。每个点都是一个簇（可以代表单个神经元或MUA）。i. 单个神经元的尖峰波形测量和MUA波形在深度1和2与3处检测到的信号分离。
作者报道了一种新型的μSEEG立式电极，它能实现类似于临床SEEG电极的管心针插入，并在一定程度内进行定制，对大脑中的皮层或深层结构的电信号进行采样。这种小型多通道，高分辨率的的立式探针提高研究和治疗大脑活动的能力，将有助于脑电技术在脑部疾病和脑机接口中的应用。
【参考文献】
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43727-9
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