北京时间 2025 年 6 月 11 日 23 时，美国哈佛大学工程与应用科学学院刘嘉（Jia Liu）课题组在顶尖学术期刊《自然》（Nature）上在线发表了一项具有开创性的研究成果，论文题为 “Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development” 。该研究打破传统思维定式，提出利用胚胎自然发育过程，将柔性电子设备巧妙 “顺势” 植入大脑，为神经科学研究带来了全新的研究手段，有望实现对整个脑发育过程无创、稳定且高时空分辨率的神经电活动记录。

突破传统：“顺势而为” 的脑机接口植入变革

在神经科学与脑机接口技术领域，传统的脑机接口植入方式大多在动物成熟期进行。这种操作往往难以避免地会造成组织损伤，引发机体的炎症反应，并且信号稳定性较差。而在胚胎期或新生期，大脑处于快速生长和结构剧烈重塑的阶段，要想实现持续、精准的神经活动记录，更是难上加难，成为长期以来困扰科研人员的一大挑战。

刘嘉课题组的研究人员另辟蹊径，从神经板从二维展开到三维成脑的奇妙发育过程中获得灵感。他们精心设计出一种亚微米厚度的网状电极阵列，其组织柔软度与胚胎组织高度匹配。在神经系统尚处于扁平的二维状态时，研究人员便将该电极阵列植入。随着胚胎发育，神经板自然内陷并逐步重构为三维神经管，此时电极阵列能够借助组织自身的力量，被 “拉入” 脑中，最终实现与神经组织的三维紧密嵌合和稳定接触（图 1）。这一创新的植入方式，如同顺水推舟，借助胚胎发育的自然之力，巧妙地解决了传统植入方法面临的诸多难题。

精准追踪：洞察神经发育与电生理活动奥秘

研究团队将这一创新技术成功应用于非洲爪蟾与墨西哥钝口螈胚胎实验中，顺利实现了电极的无创植入，并且电极能够与胚胎同步发育。通过精心打造的高密度、多通道柔性电极阵列，研究人员如同拥有了一双 “微观之眼”，清晰地记录到胚胎在发育过程中神经电活动的演变历程。从早期胚胎呈现出的同步低频脑电活动，到中期类似钙波样的信号，再到晚期能够分辨出的清晰单神经元尖峰信号，这些珍贵的数据为揭示神经发育的奥秘提供了关键线索（图 2）。

实验进一步证实，该系统具备强大的稳定性和长效性。在长达 7 天以上的胚胎发育周期中，始终能够保持高质量的记录能力，电极信号稳定可靠，同时对组织无显著损伤，并且不会对动物的行为发育产生干扰。尤为引人注目的是，研究团队在尾部切除模型实验中，首次观察到一个重要现象：远离损伤部位的大脑神经元会对尾部损伤作出响应，具体表现为神经元放电频率显著增加，并且神经状态发生重构。不仅如此，研究团队还通过模拟这些脑电信号，施加外部电刺激，惊奇地发现能够加速尾部的组织再生。这一发现犹如一颗投入平静湖面的石子，为再生医学领域激起层层涟漪，提示大脑可能在非脑组织再生过程中发挥着远程调控的重要作用，为再生医学的研究开辟了新的方向。

拓展未来：平台潜力无限，适用多类模型动物

在材料选择与制造工艺方面，本研究采用的电子材料为 PFPE–DMA，这是一种超柔性聚合物，其机械性能与胚胎组织极为匹配，同时还兼容微纳光刻技术。器件的制造过程基于常规微纳加工平台，并可运用电子束光刻等高分辨率工艺，这使得该技术具备良好的可拓展性。

研究团队表示，该技术的应用范围并不局限于两栖类动物胚胎。通过进一步的研究和优化，同样可适用于小鼠胚胎与新生大鼠等哺乳动物。展望未来，该技术有望与体外胚胎培养或子宫内成像技术相结合，从而为更广泛的发育神经学研究提供有力支撑，打开更多未知领域的大门。

论文的第一作者盛昊（Hao Sheng）对这项研究成果满怀期待：“我们希望这个工具不仅突破了脑机接口在发育早期连续高时空分辨率记录的技术瓶颈，也为揭示神经系统发育的关键时空规律、探索神经调控再生机制，乃至开发新一代‘成长式’神经电子接口提供了基础平台” 。

随着这项研究成果的发表，科学界对于脑机接口技术和神经发育研究的未来充满了更多遐想。刘嘉团队的这一创新技术，无疑为相关领域的研究注入了全新的活力，有望推动神经科学、再生医学以及脑机接口技术等多个领域迈向新的发展阶段，让我们共同期待其在未来绽放出更加绚烂的光彩，为人类健康和科技进步带来更多福祉