在探索大脑奥秘的道路上，生物工程领域不断突破传统界限，带来了令人振奋的创新成果。哈佛大学工程与应用科学学院的研究团队近日开发出一种柔软、薄型且可拉伸的生物电子设备，能够植入蝌蚪胚胎发育早期的神经板中，实现对单个神经细胞电活动的毫秒级精确记录。该设备的应用不仅未对蝌蚪胚胎的正常发育和行为造成任何影响，更标志着神经科学研究进入了一个全新的阶段。这一进展为破解胎儿期神经疾病机理及未来脑机接口技术铺平了道路。神经系统的形成是一个极其复杂和迅速的过程。在脊椎动物胚胎发育的早期，神经板经历折叠与扩张，最终形成神经管，成为大脑和脊髓的雏形。
研究人员利用这款柔性植入设备，成功地集成于神经板中，实时、稳定地监测着各个发育阶段的神经活动波动，覆盖了数毫秒的细微变化。传统上，科学家们通过打补丁电极或金属电极在成熟大脑中记录神经活动，虽然精度高，但植入过程不可避免地对脑细胞造成损伤。针对这一难题，哈佛团队研发的组织样微电子技术，通过柔软且贴合生物组织的电子器件，大幅降低了侵入性和组织破坏。此项技术首次实现了早期胚胎大脑的无损监控，为理解发育过程中神经连接的建立与变化提供了前所未有的数据基础。开发这种电子蝌蚪的挑战之一在于蝌蚪胚胎的极端柔软特性，远超以往的干细胞衍生组织。为此，研究人员采用了新型氟化弹性体材料perfluoropolyether-dimethacrylate制成的植入器件。
这种材料不仅拥有与生物组织同等的柔软性，还具备高度的耐用性，能够承受纳米级制造工艺，实现多传感器整合。作为哈佛的知识产权，该材料技术已授权给创业公司Axoft继续产业化开发。Axoft专注于大脑机接口领域的可扩展软性生物电子产品，展望通过更精细的神经测量与刺激技术，推动治疗神经疾病和增强脑功能的实践。此次研究为精神疾病如自闭症、双相情感障碍以及精神分裂症提供了重要新的观察视角。许多神经和精神疾病的病理性质可能在胚胎发育早期就已形成，然而传统技术缺乏对这一阶段神经活动的有效测量手段，导致很多病理机制难以被揭示。通过电子蝌蚪，科学家们能够直接观察早期大脑活动，辨识异常模式，为早期诊断和干预提供科学依据。
未来，这项技术或将扩展应用到人类干细胞器官模型及其他动物胚胎，进一步推动组织工程和再生医学的发展。同样，生物电子设备在脑机接口中的潜力巨大，能够实现无创且高分辨率的神经信号获取，为残疾人提供新的辅助工具，甚至实现思维与外部设备的直接交互。文章强调，借助自然发育过程进行植入，不仅能够低损伤地布置大量传感器，还可以捕捉神经活动随时间的动态演变，这是过去科学生涯中未曾实现的创新。展望未来，结合人工智能与生物电子技术，将极大加速对大脑复杂网络的理解，助力精确医疗和智慧神经系统的建立。哈佛团队的这一研究得到了美国国立卫生研究院、国家科学基金会及其他机构的大力支持，凝聚了多学科跨领域的合作力量。从基础科学到应用前沿，电子蝌蚪的成功打造不仅为神经科学研究注入新活力，也展示了生物工程在揭示生命之谜中的强大潜能。
随着技术不断进步，未来可期的大脑与机器的融合终将为人类带来前所未有的认知提升和健康保障。
