具有嵌入式電功能的神經(jīng)接口（例如袖帶電極）對于監(jiān)測和刺激周圍神經(jīng)至關重要。盡管如此，袖帶電極仍然存在一些挑戰(zhàn)，因為縫合裝置會因高壓而損傷神經(jīng)，并且電極與神經(jīng)的安全接觸很難實現(xiàn)。

本文介紹了一種無縫合的軟驅動袖帶電極 （SACE），它可以通過在液體注射時產(chǎn)生彎曲的形狀來方便地包裹神經(jīng)。并用該電極和CerePlex Direct在體多通道神經(jīng)信號采集系統(tǒng)（BlackRock Microsystems）對小動物體內周圍神經(jīng)的電生理活動進行采集，從而驗證該電極的特性。

下圖中顯示了在液體注射時包裹神經(jīng)的SACE示意圖，充氣的球囊可以通過形成彎曲的形狀來牢固地抓住神經(jīng)，并與神經(jīng)進行最小且安全的接觸。將SACE 應用于動物的坐骨神經(jīng)以進行神經(jīng)信號記錄或神經(jīng)調控。


 

圖1：軟驅動袖帶電極 （SACE） 與神經(jīng)聯(lián)系。

為了驗證該器件的電氣功能，研究員們分析了注射最大流體體積的 0%、60% 和 90% 后的電化學阻抗和電荷存儲容量 （CSC）。

圖2：電極的電化學特性和流體注入時的 AP 記錄。

接下來研究員們通過記錄來自兔子坐骨神經(jīng)的 CNAP 驗證了 SACE 用于體內記錄的可行性。

圖3：CNAP 反應的體內記錄。

為了長期記錄，研究員們將開發(fā)的裝置植入兔子的坐骨神經(jīng) 5 周，并記錄各種刺激（如刷牙、伸展和屈曲）后的 CNAP 反應。為了確認 CNAP 起源于感覺或運動纖維，而不是來自運動偽影，他們在沒有肌肉收縮的情況下?lián)u晃兔子的腿，這不會引起任何信號。

圖4：來自 SACE 的感覺和運動反饋信號的慢性記錄。

開發(fā)的 SACE 設備用于刺激坐骨神經(jīng)，同時記錄來自 GN 和 TA 肌肉的 EMG 反應，下圖顯示了神經(jīng)刺激誘導的 GN 和 TA 肌肉的平均 EMG 反應。



 

圖5：急性和慢性神經(jīng)刺激誘導的 EMG 反應取決于刺激區(qū)域。

接下來研究員們又通過分析血流來評估電極和坐骨神經(jīng)之間的接觸壓力。將基于液體 SACE 注射后的血流與縫合常規(guī) 2D 袖帶裝置后的血流進行了比較。

圖6：通過設備植入后的血流測量和神經(jīng)組織學證明最小的神經(jīng)損傷。

綜上所述，液體注入的形式突出了該電極的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)了電極與神經(jīng)之間最小、柔軟但安全的接觸。結果表明，隨著時間的推移，周圍神經(jīng)在 6 周內成功記錄和刺激。在確保與神經(jīng)接觸的同時，植入的電極可以保持神經(jīng)完整而不會減少血流，僅對神經(jīng)施加最小的壓縮力。實驗證明，SACE 有望成為記錄和刺激雙向神經(jīng)假體的周圍神經(jīng)的有利工具。