柔性微显示器可以在脑部手术期间实时监测大脑活动

结合了电极网格和 LED 的薄膜可以在手术过程中实时跟踪并生成大脑活动的视觉表示，这是对当前技术水平的巨大改进。该设备旨在为神经外科医生提供有关患者大脑的视觉信息，以在手术干预期间监测大脑状态，以去除包括肿瘤和癫痫组织在内的脑部病变。

设备中的每个 LED 都反映了数千个神经元的活动。在对啮齿类动物和大型非灵长类哺乳动物进行的一系列概念验证实验中，研究人员表明，该设备可以有效跟踪和显示大脑中与身体不同区域相对应的神经活动。在这种情况下，团队开发的 LED 在需要外科医生切除的区域亮起红色。控制关键功能并应避免的周围区域显示为绿色。

研究还表明，该设备可以可视化癫痫发作并绘制大脑表面癫痫发作的传播情况。这将使医生能够分离出与癫痫有关的大脑“节点”。它还允许医生通过切除组织或使用电脉冲刺激大脑来提供必要的治疗。

“神经外科医生可以在癫痫扩散之前看到并阻止癫痫发作，查看哪些大脑区域参与不同的认知过程，并可视化肿瘤扩散的功能范围。这项工作将为从最敏感的大脑区域切除肿瘤的艰巨任务提供一个强大的工具，”该研究的合著者之一、俄勒冈健康与科学大学的神经外科医生和助理教授丹尼尔·克利里(Daniel Cleary)说。克利里是加州大学圣地亚哥分校的住院医师和博士后研究员。

该设备由加州大学圣地亚哥分校和马萨诸塞州总医院 (MGH) 的工程师和医生团队构思和开发，并由论文通讯作者、加州大学电气与计算机工程系教授 Shadi Dayeh 领导。圣地亚哥。该团队在 4 月 24 日出版的《科学转化医学》杂志上介绍了他们的工作。

在脑外科手术期间，医生需要绘制脑功能图谱以确定哪些器官区域控制着关键功能且不能被切除。目前，神经外科医生在手术过程中与一组电生理学家合作。但该团队及其监测设备位于手术室的另一个地方。需要保护的脑区域和需要手术的脑区域要么由电生理学家在纸上标记并带给外科医生，要么口头传达给外科医生，然后外科医生将无菌纸放在脑表面标记这些区域。“这两种方式在手术过程中传达关键信息都效率低下，而且可能影响手术结果，”该技术的共同作者和共同发明人、麻省总医院的 Angelique Paulk 博士说。

此外，目前用于监测手术期间大脑活动的电极不能产生详细的细粒度数据。因此，外科医生需要在大脑内切除区域周围保留 5 至 7 毫米(约 1/4 英寸)的缓冲区，称为切除边缘。这意味着它们可能会留下一些有害组织。新设备提供的细节水平可以将缓冲区缩小到不到一毫米。

“我们发明了大脑微显示器，可以精确地显示关键皮层边界，并通过一种经济高效的设备来指导神经外科手术，从而简化并减少大脑绘图程序的时间，”该论文的通讯作者、麻省理工学院教授沙迪·达耶 (Shadi Dayeh) 说。加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的电气与计算机工程。

研究人员将 LED 安装在 Dayeh 实验室的另一项创新产品——铂纳米棒电极网格 (PtNRGrid) 上。Dayeh 团队自 2019 年以来一直使用 PtNRGrid，率先通过数千个通道对人类大脑和脊髓进行映射，以监测大脑神经活动。他们在2022 年的《科学转化医学》杂志上发表了一系列文章，报告了数十名人类受试者的早期安全性和有效性结果。(新传感器网格以破纪录的分辨率记录人类大脑信号，微电极阵列可实现更安全的脊髓手术)——领先于 Neuralink 和该领域的其他公司。

PtNRGrid 还包括穿孔，使医生能够插入探针，用电信号刺激大脑，用于绘图和治疗。