神經技術的不斷發展為診斷、管理和治療中樞神經系統（CNS）疾病提供了全新途徑。然而，這些技術在廣泛應用時仍面臨一些重要挑戰。傳統神經接口通常需要通過侵入性很高的手術，如開顱術或鉆孔手術，將電極直接植入目標區域。這種方法盡管有效，但卻伴隨著手術風險高、對健康組織的潛在損傷以及患者恢復時間長等問題。例如，盡管深部腦刺激（DBS）已被證實在帕金森病治療中具有顯著療效，但其應用受限于手術的高風險，僅約10%的患者選擇該療法。

近年來，血管路徑的神經接口為減少手術侵入性提供了可能。然而，由于大腦血管系統的迂回和復雜性，這些技術難以覆蓋腦深部結構及脊髓等目標區域。此外，血管內植入物的內皮化和抗凝藥物的使用增加了手術和術后管理的風險。因此，研究者提出了一種新思路，即利用腦脊液（CSF）空間作為導航通路，將神經接口通過微創方法植入腦和脊髓。這種技術能夠避開傳統手術和血管路徑的限制，為神經調控提供了一種更加安全、靈活且精準的解決方案。

本文提出了一種創新性的內腔神經接口（Endocisternal Interface, ECI）技術，通過腦脊液空間微創導航，并結合磁電驅動的無線植入式裝置，實現了對腦和脊髓的神經信號記錄與刺激功能。研究團隊在人類尸體模型和綿羊模型中對這一技術進行了驗證，結果表明ECI能夠以安全、穩定的方式覆蓋中樞神經系統的多個靶點，提供神經信號的多點同步調控能力。這一成果為未來的神經技術發展和腦機接口的實現奠定了重要基礎。

研究方法

研究方法是本文的重點部分，圍繞設備的設計優化、實驗流程的實施及功能驗證展開。通過詳盡的實驗設計，研究團隊在多個環節展示了ECI技術的創新性與可行性。

1.設備設計與優化

研究團隊開發了一種小型化的無線植入式脈沖發生器（ME-BIT），這是整個系統的核心組成部分。ME-BIT利用磁電薄膜將外部磁場轉化為電信號，從而實現無線供能與數據傳輸。該設備尺寸為9×9×11毫米，重量僅1.1克，其設計完全符合腦脊液空間的導航需求。設備采用醫療級環氧樹脂封裝，保證了其長期植入的安全性和生物相容性。ME-BIT支持多種可編程脈沖參數，包括最高14.5伏的刺激電壓、可調節的脈沖寬度和占空比，能夠適應不同的神經調控需求。

此外，導管電極采用柔性設計，直徑僅為0.6毫米，能夠靈活地導航至腦脊液空間的任意目標區域。設備的優化不僅體現在尺寸和性能上，還在于其高度靈活的導航能力，這使得其可以通過簡單的腰椎穿刺輕松植入，從而避免傳統開顱手術的高風險。

2.實驗實施

實驗部分分為人體尸體模型和綿羊動物模型兩個階段，全面驗證了ECI技術的操作可行性和功能效果。

在人體模型實驗中，研究團隊通過腰椎穿刺將導管電極導航至腦室系統，利用腦池造影技術實時監測導航路徑。導管通過蛛網膜下腔順利到達第三腦室，成功避開了腦干和腦橋等重要結構。實驗結果表明，腦脊液空間寬度足夠支持毫米級設備的靈活導航。

在綿羊模型實驗中，研究人員進一步測試了設備的功能性和生物相容性。通過Cios Spin 3D透視引導，研究團隊在12只綿羊中完成了設備植入，包括10只用于急性實驗，2只用于長期植入實驗。在急性實驗中，導管成功導航至綿羊的大腦皮層、腦室系統和胸段脊髓，實現了對多靶點的覆蓋。在長期實驗中，設備植入30天后仍保持穩定，且無明顯神經功能缺損，顯示出較好的長期應用潛力。

圖1 |人類和綿羊模型中的內腔神經接口（Endocisternal Neural Interface, ECI）a.示意圖展示了圍繞主要神經組織（包括脊髓和大腦）的腦池間隙。通過不同的導航路徑可以引導導管電極到達不同的治療目標。b.在人類尸體模型中的第三腦室造影顯示了導管進入第三腦室的路徑及其導航過程，同時標注了主要的解剖特征。下方為頂部圖像的放大視圖。

圖2 |綿羊模型中通過內腔神經接口（ECI）的無線神經刺激a.從綿羊后腿記錄的運動誘發電位（MEPs），由運動皮層的刺激引發。對應的計算機斷層掃描（CT）圖像顯示導管尖端位于綿羊大腦額葉（紅圈標注）。b.通過刺激深部腦結構（丘腦）誘發的慢皮層電位（SCPs）電生理記錄。關聯的CT圖像 顯示了導管的位置，其尖端用紅圈標出。c.刺激脊髓后，在周圍背部肌肉中記錄到復合肌肉動作電位（CMAPs）。X射線圖顯示導管位于胸椎脊髓周圍蛛網膜下腔內的位置。d.左圖為綿羊模型的示意圖，標注了導管電極和神經刺激的位置。右圖展示了磁場發射器、磁電植入裝置和無線系統的示意圖。e.示意圖展示了通過磁電植入裝置實現的腦與脊髓同步刺激，皮層和上行神經信號在兩者之間傳遞。

3.功能驗證

為了驗證設備的神經信號記錄與刺激功能，研究團隊在綿羊模型中進行了系統性實驗。通過ME-BIT對目標區域進行電刺激，成功誘發了多種神經信號，包括運動誘發電位（MEP）、復合肌肉動作電位（CMAP）和脊髓電位（SCP）。這些信號通過無線磁電反向散射技術實現了實時記錄，證明了設備在神經信號調控中的高效性與可靠性。此外，研究還實現了腦與脊髓的多點同步刺激與記錄，為復雜神經網絡的研究提供了技術支持。

研究結果分析

研究結果部分圍繞ECI技術的導航能力、神經信號調控性能及長期安全性展開，全面展現了其在神經接口領域的潛力。

實驗顯示，ECI技術能夠通過腦脊液空間覆蓋大腦和脊髓的多個靶點，包括腦室系統、運動皮層和胸段脊髓。導管電極在腦脊液空間的導航表現出高度靈活性和精準性，通過簡單的腰椎穿刺即可實現復雜的導航任務。這一結果不僅表明ECI技術可以有效避免傳統手術對健康組織的侵害，還展示了其在多目標神經調控中的獨特優勢。

在神經信號刺激與記錄方面，研究團隊通過對運動皮層和脊髓的電刺激，成功誘發了多種神經反應。運動皮層的電刺激引發了綿羊后腿的肌肉收縮，并通過肌電圖針記錄到了顯著的運動誘發電位（MEP）。脊髓的電刺激則產生了復合肌肉動作電位（CMAP），進一步驗證了設備能夠有效激活神經通路。此外，通過同時刺激大腦和脊髓，研究團隊實現了多點同步的神經信號調控，為閉環神經治療提供了新的思路。

長期植入實驗進一步證明了ECI設備的生物相容性和安全性。在為期30天的實驗中，設備表現出穩定的性能，且在取出后綿羊的神經功能無明顯異常。組織學分析顯示，植入區域無顯著炎癥或組織損傷，僅在腰椎穿刺部位觀察到輕微炎癥，表明ECI技術在長期應用中的安全性達到理想水平。這一結果為其在慢性疾病治療中的潛在應用提供了有力支持。

此外，設備的可取出性使其在短期生物電子療法中的應用更加靈活。在設備取出后，綿羊繼續存活且神經功能正常，這表明ECI技術能夠在不損害健康組織的情況下實現設備的重復使用，為未來的個性化治療和臨床試驗提供了便利。

圖3 |內腔神經接口（ECI）的無線記錄與長期植入a.驗證ECI無線記錄的實驗設置示意圖。(1) 大腦額葉通過導管電極和無線磁電植入裝置受到刺激。(2) 中央信號傳播到脊髓，引發肌肉收縮，使用肌內電極記錄肌肉活動。(3) 信號通過磁電反向散射從植入裝置無線傳輸到記錄線圈。b.實驗裝置示意圖，展示了暴露的磁電植入裝置及其刺激引線（黑色導線）、通過腰椎穿刺植入的導管電極（銀色導線）以及無線發射器。c.通過磁電反向散射從肌內電極無線記錄的復合肌肉動作電位（CMAPs，星號標記）。d.綿羊模型中刺激閾值的比較：分別記錄了第0天和第30天逐漸增加振幅時的肌肉活動信號。

結論展望

本文提出的ECI技術通過腦脊液空間提供了一種全新的神經接口微創解決方案，能夠覆蓋中樞神經系統的多個目標區域，同時結合磁電無線技術，實現了多點神經信號的記錄與刺激。這一技術的核心優勢在于其微創性、靈活性和多功能性，為神經疾病的精準治療開辟了全新路徑。

未來研究可以在以下幾個方向進一步深化：首先，需要優化導管電極的多通道功能，以提升神經信號記錄與刺激的分辨率。其次，結合多模態影像技術開發更精準的導航方案，以進一步提升設備的植入精度。最后，應探索ECI技術在更多神經疾病治療中的潛在應用，例如中風康復、運動障礙和頑固性精神疾病的治療。

總之，隨著技術的不斷完善，ECI技術有望成為下一代神經接口的重要工具，其應用前景不僅局限于臨床治療，還將在腦機接口及神經科學基礎研究中發揮重要作用。這一創新性成果將引領神經醫學技術向著更加精準、高效和個性化的方向發展，為患者帶來更大的福祉。

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