侵入式脑机接口长期面临一个关键问题：如何在保证信号质量的同时，实现数月乃至更长时间尺度的稳定记录。皮层表面电极和皮层内微电极虽然能够获得较高信噪比，但慢性植入过程中往往伴随持续的免疫反应、组织重构以及机械微运动，导致信号逐步衰减。近年来发展的血管内脑机接口在一定程度上降低了手术创伤，但血管反应和长期安全性仍存在挑战。
针对这一问题，清华大学生物医学工程学院高小榕教授、刘冉研究员、药学院鲁白教授与中国医学科学院陈小刚研究员团队于2026 年 2 月 5 日在National Science Review期刊在线发表题为“Lateral Ventricular Brain-Computer Interface System with Lantern-Inspired Electrode for Stable Performance and Memory-Guided Decoding”的研究论文。
该研究提出一种基于侧脑室通路的脑机接口新方案，并设计了一种可在脑室内展开的灯笼式柔性电极，实现了长期稳定的神经信号记录，并在记忆引导决策任务中表现出优于传统皮层电极的解码能力。
研究并未继续优化皮层界面，而是从解剖位置入手，将目光转向侧脑室这一脑脊液腔隙结构。侧脑室内部细胞密度低，力学环境相对温和，并在空间上邻近皮层及海马、丘脑等深部结构。同时，外脑室引流路径在临床中已较为成熟，为器件递送提供了现实基础。
侧脑室脑-机接口植入示意图
围绕这一思路，研究团队设计了一种灯笼式可展开柔性电极。该电极在植入过程中保持收拢状态，经细通道进入目标位置后径向展开，与脑室壁形成柔顺贴合。结构设计借鉴灯笼受力方式，通过弓形支撑单元分散接触应力，降低对室管膜的机械刺激。有限元分析结果显示，与刚性结构相比，该设计可显著降低脑室壁形变水平，并在展开过程中保持材料应力处于安全范围。
电极设计与力学分析
在长期动物实验中，研究团队将脑室电极与材料一致的皮层脑电（ECoG）电极进行对照。静息态频谱分析显示，两种电极在频率覆盖范围上相当，脑室位置并未显著限制高频信息获取能力。在视觉和听觉稳态诱发实验中，皮层电极在术后早期信噪比较高，但随时间呈现逐步下降趋势；相比之下，脑室电极在数月观察期内保持稳定，后期信号质量优于对照组。
长期电信号记录实验结果
免疫组织化学结果进一步显示，皮层电极周围存在持续的微胶质细胞活化，而脑室电极仅在术后早期出现短暂反应，随后恢复至接近对照水平。结果提示，将电极置于脑脊液环境并减少与脑实质的直接机械耦合，有助于降低慢性炎症反应，从而支撑长期稳定记录。
与传统软膜上ECoG电极的免疫染色对比
在功能层面，研究进一步测试了脑室脑机接口在记忆引导决策任务中的表现。在T迷宫延迟选择范式中，基于脑室电极信号构建的分类模型对动物即将做出的选择具有更高预测准确率，最高接近98%，整体显著优于皮层 ECoG。特征分析显示，脑室接口捕获的判别信息更多涉及海马及纹状体邻近区域，提示其在获取与记忆和决策相关网络活动方面具有潜在优势。
记忆分类任务设计与分类结果
总体而言，该研究从电极结构设计与植入位置选择两个层面提出了一种不同于传统皮层路径的脑机接口思路。灯笼式可展开电极在脑室环境中的应用，为提升侵入式脑机接口的长期稳定性提供了新的技术方向，也为深部认知相关信息的获取开辟了新的可能路径。未来，该技术仍需在器件尺度优化、人类脑室结构适配及长期安全性评估等方面进一步验证，但其所提出的“脑室通路”概念为脑机接口设计提供了新的参考框架。
清华大学生物医学工程学院2025届博士毕业生、现北京航空航天大学助理教授孙艺珂，清华大学药学院博士生高雅萱，清华大学深圳国际研究生院生物医学工程2024届硕士毕业生王可微为论文共同第一作者。清华大学生物医学工程学院高小榕教授、刘冉研究员、药学院鲁白教授、中国医学科学院陈小刚研究员为论文通讯作者。
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