“腦機接口”這一常在科幻電影中出現的“神奇”技術，正悄然步入現實。如今，中國科學家團隊成功研發出纖維“神經蚯蚓”——一種能在體內自由遊走、大面積、跨區域精準監測神經電信號及組織微小形變的智能纖維，為該領域帶來了重大突破。
9月17日，來自中國科學院深圳先進技術研究院與東華大學的科研團隊在國際頂級期刊《自然》（Nature）上發表了研究論文《面向動態生物電子學的可移動長期植入軟纖維》（A movable long-term implantable soft microfibre for dynamic bioelectronics）。
項目戰略指導專家、東華大學先進纖維材料全國重點實驗室主任朱美芳院士介紹，該研究提出了“活性”纖維神經的概念，並創制了一種仿地球蠕蟲結構的、與生物組織力學高度匹配的、可拉伸和可移動的在體神經接口纖維平台。該平台成功實現了神經接口在大腦與肌肉系統的可控導航，以及動態實時、長時域（肌肉內13個月）的神經電信號和生物力學信號監測。東華大學先進纖維材料全國重點實驗室、材料科學與工程學院研究員嚴威表示，這一突破性成果標志著神經電子學從靜態植入向動態交互、從剛性器件向主動智能纖維系統的範式轉變，為未來腦-機接口、可穿戴診療系統和慢病神經調控開辟了全新路徑。
突破：從“固定探針”到“遊走監測者”，改寫神經接口規則
在大自然中，蚯蚓憑借獨特的“體節”結構（metamerism），實現了高度分布式的感知與運動控制能力。每一節體段中都布有離散的感知與神經單元，能夠精準地感知外界刺激並靈活響應，展現出在覆雜環境中自由穿行的非凡適應性。正是從這一自然設計中汲取靈感，中國科學院深圳先進技術研究的劉志遠研究員聯合嚴威研究員團隊提出了NeuroWorm——一種仿蠕蟲結構的動態、柔軟、可拉伸的纖維神經接口。
傳統的神經接口設備，更像“固定哨所”。例如，治療帕金森病的電極，植入後便“釘”在大腦某一區域，若要監測其他部位，只能再次開刀、插入新的電極。科研團隊在早期研究中也面臨類似困境：特征尺寸40納米的金屬玻璃纖維雖能植入大腦，但一根纖維最多只能裝載4個傳感器，且質地偏硬，植入後身體會像排斥“外來入侵者”一樣產生排異反應。而“神經蚯蚓”則大幅度打破了這些限制。
“NeuroWorm”的設計、制造策略和演示
首先是“兵力升級”：團隊在一根頭發絲粗細（約200微米）的纖維上，沿纖維軸向分布了60個（是傳統方式的15倍）離散化的電極與應變傳感器。這相當於將60個“神經偵探”裝入一根細針，不僅能在組織內部導航、實現微創植入，還能精準監測多點神經電信號和生物力學信號。
其次是“身段變軟”：纖維因其柔軟性、遠小於發絲的尺度，以及優異的多材料與多功能集成性，正日益成為神經接口領域中重要的器件形態之一。該研究中的纖維基底與人體組織的“軟硬度”高度匹配。在動物實驗中，這種纖維在肌肉中留存達13個月，取出時幹凈無痕——顯示出良好的生物相容性，宛如“身體的一部分”。
最關鍵的是“學會遊走”：研究人員聯合中國科學院深圳先進技術研究的徐天添研究員團隊創新性地引入開放式磁控策略，實現了NeuroWorm在組織內的初步可控推進與轉向，使其在體內“聽話”地遊走。實驗視頻中，這根透明纖維如蚯蚓穿梭泥土般，從實驗小白鼠的一個區域移動到另一區域，沿途留下清晰的神經信號記錄，全程無需二次手術。纖維的能動性，得益於“磁控”黑科技。“它就像一個機器人在大腦和肌肉中漫遊，全程無創，對人體無害，”嚴威比畫著解釋道。
磁场控制下“NeuroWorm”对脑部与皮下筋膜的动态监测
未来：帕金森患者或无需多次手术，神经疾病可提前预警
纤维“神经蚯蚓”的突破性进展，正在重新定义神经疾病的治疗模式。在传统的帕金森病治疗中，患者可能需要在大脑的不同区域植入多个电极，每次手术都伴随着一定的风险。然而，“神经蚯蚓”仅需一次植入，便能游动至不同的病灶区域，监测神经电信号，甚至通过电刺激有效缓解症状——这预示着未来人类或将能够借助它，实现对神经活动的精准调控。
其更深远的价值在于“长期监测”能力。在动物实验中，研究团队通过极小的切口将NeuroWorm植入大鼠肌肉，连续记录稳定的生理信号超过43周，且在植入54周后仍未引发明显的组织反应或纤维化包裹，展现出在同类器件中极为罕见的长期稳定性和生物相容性。与传统临床导线类纤维相比，NeuroWorm对周围组织的干扰极小，信号质量优异，显示出巨大的临床转化潜力。其13个月的体内留存能力，使其能够像“神经监护仪”一样，持续捕捉帕金森病、阿尔茨海默病等疾病的早期信号。“这就像可穿戴设备监测心率一样，它能提前发现神经异常，在症状出现前发出预警。”严威解释道，这为神经疾病的“早期干预”开辟了新的途径。
NeuroWorm長周期生物相容性論證
朱美芳向記者透露，未來，合作團隊將持續深化相關研究，通過構建大型電磁線圈陣列，旨在打造高強度、動態可調的磁場環境。同時，結合微型磁針陣列及閉環運動控制策略，力求在覆雜組織內部實現安全、精準、實時的導航與感知解耦控制。這一突破將推動生物電子學從“固定被動記錄”向“移動智能協同”的關鍵性跨越。團隊期望未來能與更多應用單位開展緊密合作，以加速推動該技術的實際應用。
據悉，東華大學研究員嚴威，中國科學院深圳先進技術研究院研究員劉志遠、徐天添，以及副研究員韓飛共同擔任該論文的通訊作者，第一完成單位為中國科學院深圳先進技術研究院。中國科學院院士朱美芳、鄭海榮在項目整體布局、研究方向凝練、關鍵材料體系構建等關鍵環節提供了深度指導與重要支持。該研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委員會、深圳市科技計劃、中國科學院戰略性先導科技專項等多方面的資助與支持。
信息來源：東華大學