比格犬脑内GD-BCI的术前虚拟规划 ©arXiv
近日，由香港大学机械工程系与香港科技园先进生物医学仪器中心联合领衔的研究团队，在皮层脑电脑机接口（ECoG-BCI）领域取得重大突破。他们研发的“导丝驱动脑机接口（Guidewire-Driven BCI, 下文简称GD-BCI）”装置，首次实现了毫米级微创植入与高密度、大面积神经信号采集的结合，成功解决了现有脑机接口（BCI）技术在覆盖范围、电极密度与手术安全性之间的核心矛盾，为下一代脑机接口的临床转化与神经科学研究开辟了新路径。
脑机接口作为连接大脑与外部设备的“桥梁”，能绕过肌肉、神经等传统通路，直接实现大脑信号与机器的交互，在癫痫、帕金森病等神经疾病治疗，以及运动功能重建、听觉假体开发等领域具有不可替代的价值。其中，皮层脑电图脑机接口（ECoG-BCI）因信号质量优于头皮脑电图、侵入性低于脑内植入电极，被视为临床应用的“黄金标准”。然而，长期以来，现有ECoG装置始终面临“两难困境”：要么电极密度低、覆盖面积小，难以捕捉精细神经信号；要么需大面积开颅，手术风险高，易引发脑肿胀、感染等并发症，严重限制了其普及。此次研发的GD-BCI装置，通过颠覆性设计打破了这一僵局。团队采用光刻技术打造的超薄柔性薄膜电极阵列，厚度仅21微米——相当于人类头发直径的五分之一，却能在4平方厘米的区域内集成256个电极，电极密度达到64个/平方厘米，97.7%的电极在1kHz频率下阻抗≤100kΩ，确保了神经信号采集的高可靠性。为让电极更好贴合大脑表面，研究人员还在聚酰亚胺基板上设计了微小穿孔，既能引导脑脊液远离电极位点，又能减少界面摩擦，避免对脆弱脑组织造成损伤。GD-BCI的设计与特性 ©arXiv
更关键的是，该装置实现了“微创植入”的突破。手术时，折叠后的电极阵列可通过4个直径仅数毫米的颅骨小孔，借助附着在阵列边缘的超柔性导丝牵引，在2小时内无缝展开并贴合于大脑硬脑膜表面，无需传统BCI所需的大面积开颅。团队还为装置定制了3D打印基座：基于患者颅骨CT扫描数据制作，适配颅骨自然曲率，重量轻且兼容磁共振成像（MRI），彻底解决了传统钛合金基座贴合性差、易产生图像干扰的问题。验证高分辨率神经信号
为验证技术可行性，研究团队在比格犬模型上开展了听觉神经信号采集与解码实验。他们将GD-BCI部署于比格犬听觉皮层区域，施加100Hz、1000Hz、10000Hz三种频率的纯音刺激，并通过机器学习算法对256个电极记录的信号进行分析。结果显示，装置成功捕获到清晰的听觉诱发电位（AEP），信号振幅最高达100μV，且在刺激后50毫秒内即可检测到响应；借助支持向量机、随机森林等标准算法，对三种声音的分类准确率稳定超过80%，其中仅利用高伽马波段（80-150Hz）信号的解码准确率就达79.7%，与全波段信号效果几乎一致，证实了该波段在听觉精细解码中的核心作用。
术后监测进一步验证了装置的安全性与稳定性：比格犬术后1天即可清醒并参与后续实验，MRI检查显示术后即刻及2周后大脑结构无明显变化；将装置置于模拟体液环境中“老化”7天后，93.4%的电极仍保持阻抗≤100kΩ，性能衰减不足50%，满足长期临床监测需求。对比现有技术，GD-BCI在覆盖面积、电极密度、手术创伤等关键指标上均实现超越，尤其解决了“高密电极需大开颅”的行业痛点。
GD-BCI技术的创新价值不仅体现在性能突破上，更在于其临床转化潜力。传统高密ECoG装置需移除部分颅骨，不仅手术风险高，还可能导致脑损伤，而GD-BCI通过导丝驱动与微创设计，大幅降低了并发症概率，同时保留了高分辨率信号采集能力。该技术的发展为脑机接口的广泛应用开辟了新路径。GD-BCI的递送框架可与深部脑刺激、人工耳蜗等成熟临床刺激技术结合，整合AI加速器、神经形态芯片等新兴计算硬件，实现对人类感知、认知等复杂大脑功能的解码。在临床应用中，该装置可用于癫痫病灶定位、听觉神经假体开发（尤其适用于无法使用人工耳蜗的患者）、运动功能恢复等场景，为神经疾病治疗和功能重建提供更精准、安全的解决方案。其微创特性和高解码精度的结合，有望推动脑机接口技术从实验室走向临床实践，为神经科学研究和神经工程领域带来革命性变化。标题：Guidewire-driven deployment of high density ECoG arrays for large area brain-computer interface
其他：研究论文11月17日提交至预印本学术论文数据库arXiv，参与研究的还包括香港中文大学神经外科、香港大学外科等机构的团队，研究得到香港特别行政区政府创新科技署“InnoHK”计划支持。https://arxiv.org/abs/2511.12907https://quantumzeitgeist.com/256-applications-guidewire-driven-ecog-arrays-deploy-electrodes-across-cm2/
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