??本研究組利用先進(jìn)微納加工工藝與新型材料的結(jié)合，結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程、微電子、機(jī)械工程和神經(jīng)工程等交叉學(xué)科背景，系統(tǒng)性的開發(fā)與組織兼容，長期穩(wěn)定的大規(guī)模柔性電子神經(jīng)界面。并將其應(yīng)用在基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)，腦疾病學(xué)，以及侵入式腦機(jī)接口等方面的研究。? ???
????1.長期穩(wěn)定、超高帶寬的柔性植入式神經(jīng)界面
????植入式腦機(jī)接口能夠構(gòu)建大腦與外部設(shè)備的實(shí)時信息傳輸通道，是解析大腦高級認(rèn)知功能、研發(fā)重大腦疾病治療手段、實(shí)現(xiàn)高程度人機(jī)共融和人體機(jī)能增強(qiáng)的底層核心技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)目前最突出的兩個問題是植入體的生物相容性和接口的帶寬問題。傳統(tǒng)植入式電極無法長期有效地在體埋植，且測量信號穩(wěn)定性差，導(dǎo)致其使用壽命短，解碼器設(shè)計(jì)復(fù)雜且需要大量的訓(xùn)練和校準(zhǔn)。此外，現(xiàn)有接口的信道局限在一兩百通道左右，提取信息能力有限，因此可實(shí)現(xiàn)的控制自由度低且精度較差，大大限制了其應(yīng)用價值。研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)微納加工工藝與新型材料的結(jié)合，結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程、微電子、機(jī)械工程和神經(jīng)工程等交叉學(xué)科背景，致力于開發(fā)兼具優(yōu)異的組織兼容性和上千通道帶寬的大規(guī)模的超柔電極陣列，以期解決以上兩個問題，從而充分發(fā)揮植入式腦機(jī)接口技術(shù)在基礎(chǔ)科研和臨床應(yīng)用中的價值。
????2.集成化的柔性神經(jīng)界面系統(tǒng)開發(fā)
????系統(tǒng)性的神經(jīng)界面開發(fā)除了大規(guī)模的前端電極陣列以外，高效、微創(chuàng)的手術(shù)植入方案和低功耗、集成化的數(shù)據(jù)采集芯片等相關(guān)部分也必不可少。本實(shí)驗(yàn)室希望利用多學(xué)科交叉的工程背景，以及與基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)長期合作經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)以及推動以上技術(shù)環(huán)節(jié)的整合與進(jìn)步，進(jìn)一步促進(jìn)柔性神經(jīng)界面在基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)以及臨床方面的推廣與應(yīng)用。
????3.基于介觀功能腦網(wǎng)絡(luò)動態(tài)的腦功能及腦疾病神經(jīng)機(jī)制研究
????對大腦的結(jié)構(gòu)和功能的理解是人類認(rèn)識世界、認(rèn)識自我的最終挑戰(zhàn)。大腦中各種感知覺、情緒等基本信息、以及包括思維、抉擇甚至意識等在內(nèi)的高級認(rèn)知信息的處理，通常需要多個腦區(qū)的有序協(xié)作。而神經(jīng)系統(tǒng)疾病，比如帕金森、阿爾茲海默癥、抑郁癥等，往往伴有漫長的發(fā)展過程且涉及到多個腦區(qū)的活動改變。同時，大腦中豐富的細(xì)胞數(shù)量、種類以及特定的組織方式，進(jìn)一步加深了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。大規(guī)模柔性電極陣列在大腦中具有長期穩(wěn)定的性能表現(xiàn)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對局部神經(jīng)環(huán)路動態(tài)的高分辨率解析，而且可以在整個功能性回路水平上對多個腦區(qū)同時進(jìn)行監(jiān)測，為腦功能及腦疾病研究提供了有力工具。相比傳統(tǒng)研究手段，基于柔性電極的大規(guī)模長期電生理記錄能夠提供更直接（神經(jīng)元電活動）、更高分辨率（單個動作電位及單細(xì)胞精度）、更豐富（多腦區(qū)，上千神經(jīng)元）的神經(jīng)活動信息。研究團(tuán)隊(duì)希望利用該技術(shù)，在嚙齒類、非人靈長類動物模型以及人腦上開展大規(guī)模長期神經(jīng)活動記錄，對包括運(yùn)動、決策以及神經(jīng)退行性疾病在內(nèi)的介觀功能腦網(wǎng)絡(luò)動態(tài)進(jìn)行深入研究，從而解析認(rèn)知腦功能原理和腦重大疾病機(jī)理，推動研發(fā)腦重大疾病的新型干預(yù)和治療手段。
????4.面向臨床應(yīng)用的高效、雙向柔性植入式腦機(jī)接口
????侵入式腦機(jī)接口已經(jīng)在運(yùn)動功能修復(fù)、語言解碼、感知覺重建等多個方面開展了探索性應(yīng)用。然而，這些腦機(jī)接口系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時僅聚焦于單一任務(wù)，且通信速率依舊低于使用自然輸出通路。而多任務(wù)通用和高效通訊，是決定了腦機(jī)接口技術(shù)能否真正從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用，并在醫(yī)療、通訊、軍事等領(lǐng)域帶來變革性進(jìn)展的兩個關(guān)鍵要素。研究團(tuán)隊(duì)將充分發(fā)揮柔性微電機(jī)高精度記錄和精細(xì)刺激的優(yōu)勢，構(gòu)建雙向、穩(wěn)定、高帶寬的侵入式柔性腦機(jī)接口，并結(jié)合深度學(xué)習(xí)等智能算法，從運(yùn)動輔助和感知覺重建出發(fā)，在獼猴和人上探索復(fù)雜場景中腦機(jī)融合方式，從而實(shí)現(xiàn)新一代通用高效侵入式腦機(jī)接口技術(shù)。同時，基于對腦疾病相關(guān)功能腦網(wǎng)絡(luò)的解析，研究團(tuán)隊(duì)將基于神經(jīng)活動特征，通過微電流刺激對神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，探索對腦疾病更安全、有效的干預(yù)方式。
研究組組長;研究員
