中國科學院半導體研究所裴為華研究員團隊在腦機接口核心器件——植入式神經微電極研發方面取得重要突破，開發出一種創新性神經透明電極技術，為神經信號的多模態高分辨采集和在體神經長期記錄提供了創新解決方案。電活動是以大腦為代表的神經信息系統產生、傳輸和處理信息的基礎。檢測活體生物的神經活動是腦科學研究、臨床神經及精神類疾病研究和腦機接口應用研究的關鍵核心技術。植入式胞外神經微電極可以記錄單個神經元的動作電位，具有非常高的時間分辨率；鈣離子熒光成像是利用神經元放電或興奮時，細胞內鈣離子濃度會迅速上升10~100倍這一特點，通過對細胞內鈣離子進行熒光標記、再利用植入式微型顯微鏡就可直接同時觀察數百個甚至上千細胞的活動情況，具有很高的空間分辨能力。受限于熒光的壽命及其飽和濃度等條件限制，鈣離子成像目前還無法快速響應神經元的時間變化。
針對自由活動動物神經活動記錄高空間分辨和高時間分辨難以同步實施的難題，研究團隊通過獨特的光電材料復合設計和柔性電極工藝，成功實現了透明電極與迷你頭戴式熒光顯微鏡的無縫集成，集成的光電神經接口器件植入小鼠大腦后幾乎不影響小鼠的自由活動，通過對單個神經元電發放和群體神經元熒光鈣離子光成像的同時雙模記錄，實現了對神經元環路的高時間分辨和高空間分辨的同步記錄，為解析神經回路動態提供了一種創新工具(圖1)。
相關成果以Transparent, flexible graphene-ITO-based neural microelectrodes for simultaneous electrophysiology recording and calcium imaging of intracortical neural activity in freely moving mice為題，近日發表于《微系統與納米工程(英文)》(Microsystems & Nanoengineering，DOI: 10.21203/rs.3.rs-4948066/v1)上。半導體所裴為華研究員和中國科學技術大學/深圳先進研究院畢國強教授為共同通訊作者。
圖1 光電雙模神經接口器件及其動物實驗結果
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