香港大學團隊提出一種全新低侵襲腦電極「覆蓋腦表面電極薄膜」，只需在頭骨開出數毫米小孔，把摺疊電極送入顱內再以導絲展開，成功覆蓋較大腦表面區域並穩定量度腦電訊號。研究以比格犬作測試，示範裝置可在約 2 小時內以標準腦外科工具完成植入，犬隻翌日已可正常活動，顯示安全性具潛力。
新型電極薄膜與導絲術式
論文由香港大學機械工程系及醫學界多名研究人員合作，在 arXiv 公開。團隊提出「guidewire-driven deployable ECoG array」概念，把高密度 ECoG 電極製成超薄柔性薄膜，摺疊後經直徑約 4 至 8mm 頭骨孔送入顱內，再以多條導絲從其餘小孔拉動，把電極在硬膜表面展開。電極陣列採用約 21μm 厚薄膜基材，在約 2 x 2cm 面積內整合 256 個電極，兼顧柔韌度與機械強度，在展開過程保持貼附腦表面並維持良好接觸阻抗。
研究團隊先在人工腦模型上測試展開機構與機械可靠性，模擬顯示即使出現拉扯失誤，破損多發生在導絲與陣列邊緣連接位置，實際電極接觸點一般可維持完整，減低功能損失風險。相關設計亦參考過往以軟性機械裝置或柔性電極經小開孔展開 ECoG 陣列的研究，但今次方案採用更薄薄膜與簡化導絲機構，目標是方便在常規腦外科環境中應用。
手術流程與入路設計
在示範手術中，醫生先在頭蓋骨鑽出一個約 8mm 孔作主入路，再在鄰近位置開 3 個約 4mm 小孔，作為導絲出口與固定點。醫生把摺疊電極從 8mm 孔推入硬膜外空間，再逐一把電極四角導絲牽引出 3 個小孔，透過拉動導絲令薄膜在硬膜表面攤開成預定形狀並定位，過程使用標準腦外科器械約 2 小時可完成。
這種入路與傳統需大範圍開顱放置硬膜下或皮層表面電極方式相比，大幅縮小開骨範圍，理論上可減少腦腫脹、炎症及感染等併發症機會，與近年透過小鑽孔植入 ECoG 或立體腦電圖電極趨勢一致。研究亦指出電極經硬膜外（epidural）放置配合高密度設計，嘗試在訊號品質與侵襲程度之間取得較佳平衡。
在比格犬上量度聽覺皮層
團隊選用比格犬作動物實驗，把電極陣列放在犬隻聽覺皮層區域硬膜上，並播放 100Hz、1,000Hz 及 10,000Hz 三種不同頻率聲音，記錄對應腦電活動。分析結果顯示，不同頻率聲音會在電極陣列上產生截然不同空間與時間圖樣，顯示裝置可捕捉到與聽覺加工有關的高品質 ECoG 訊號。
研究團隊進一步把量度到的神經訊號輸入機械學習模型，利用多種常見分類演算法，對「聽到哪一種頻率聲音」進行判別，整體分類準確率超過 80%，驗證陣列在實際 BCI 解碼任務中具實用潛力。植入後監察顯示，多數電極在 1kHz 下阻抗低於 100kΩ，比例約達 97.7%，反映電極在實驗期間維持穩定電接觸與訊號品質。
安全性與術後恢復情況
在安全性方面，團隊以 MRI 追蹤犬隻腦部變化，在手術後即時及 2 星期時段檢查腦結構，未見顯著異常變化，亦沒有明顯出血或腫脹跡象。犬隻在手術翌日已恢復正常活動，被視為術式侵襲性相對較低的證據之一，與傳統需要大面積開顱植入電極手術後需較長住院觀察時間形成對比。
相關結果呼應過往針對較少接觸點電極或小規模 ECoG 經鑽孔植入研究，有指若能控制開孔大小並保持硬膜完整，患者或動物在恢復期承受風險可明顯下降。研究人員亦強調，新系統在設計時兼顧生物相容性，期望在慢性長期監測情境中仍可維持穩定，而不單只作短期實驗用途。
未來醫療及 BCI 應用前景
論文指出，這種可經小孔展開的高密度 ECoG 陣列技術，將來有望用於多類腦相關醫療與 BCI 應用，例如對現有人工耳蝸不適用患者提供新型聽覺輔助方案，直接在腦聽覺皮層植入電極接收聲音編碼訊號。同時高密度、廣覆蓋 ECoG 對以「意念控制」外骨骼或機械手臂等運動 BCI 系統來說亦甚關鍵，可提升指令解析精確度，減少對深部電極或大範圍開顱需求。
在癲癇等腦部疾病診斷與治療方面，若能以較低風險方式長時間監測大面積皮層活動，有助更精細地定位癲癇放電起始區域，為之後手術切除或精準刺激治療提供更準確圖譜。外國已有多篇文獻討論經血管或小開孔方式實現低侵襲 BCI，香港團隊今次研究為「導絲驅動電極展開」路線提供實證，未來若在人體臨床試驗上證明安全有效，或可成為新一代 BCI 植入方案重要選項之一。
資料來源：Arxiv
