*译者注
米格尔·A·L·尼古拉斯在他的《脑机接口：从基础科学到神经假肢和神经康复》一文中详细描述了这段历史。DOI: 10.1152/physrev.00027.2016
这样看来，虽然取得了较大进步，但根据经验性规律：多功能的实现需要更高的神经信息含量。因此，仍需要研发可扩展的、大面积的脑机接口。然而传感器阵列需要通过密集的空间和时间采样以在多个皮层区域获得接近单细胞分辨率的数据，这极大地增加了长期植入器件的技术挑战。
目前商业化的微电极阵列面临着高杨氏模量（Young's modulus）、不如人意的生物相容性、对细胞的植入伤害等问题，并不适合直接扩展到数千个通道，所以无法满足当前需求。因此，获取低杨氏模量、高通道、高性能的微电极阵列成为研究BMIs的必经之路。
崔永斌（Youngbin Tchoe）等人使用铂纳米棒（PtNRGrids）作为电极，聚一氯对二甲苯（parylene C）作为基底，构建了一个具有高集成、高时空分辨率、低阻抗的微电极阵列。在临床上，PtNRGrids可以用来获取清醒的人类患者执行抓取任务时大脑皮层信号精细、复杂的动态变化。
研究者们通过绘制麻醉大鼠的初级体感皮层来测试PtNRGrids的信号记录能力。大鼠的大脑皮层有着分工明确的体感皮层结构组织（特别是在桶状皮层周围），一系列的感觉皮层柱与胡须一一对应。将含有1024个通道的PtNRGrid植入大鼠脑中，记录右侧初级体感桶皮层信号。使用微毛细管输送空气，单独刺激对侧的胡须，进而触发大鼠感觉活动。作者观察到胡须刺激的大振幅原始诱发反应，原始波形表现出局部、高振幅。单个刺激的空间定位在伽马波段（30-190Hz）得到了最好的体现。一些脑电图和局部场电位研究表明，在各种认知任务中，伽马频率范围（30-80Hz）的信号功率出现增加。尽管大多数对伽马振荡的研究最初强调频率为40Hz，但接受癫痫手术的病人进行的ECoG表明，皮质的功能激活或许与高频信号功率的宽带增加一致，通常是>60Hz，并扩展到200Hz以上。在动物运动、听觉、视觉、语言和注意力等活动中被监测到的高频伽马活动（HGA，high-gamma activity，70-190Hz）与皮质激活的位置和时间高度相关，同时与尖峰活动有密切联系。利用HGA来绘制大鼠桶状皮层的功能边界与利用化学标记得到结果高度一致，分辨率达到亚毫米级。
图1 PtNRGrids绘制大鼠的初级体感皮层
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Tchoe et al., Sci. Transl. Med.
为了验证PtNRGrids具有高时空分辨率，可以用于捕捉感觉和运动诱发的活动信号。研究者们在同一受试者身上放置相同的PtNRGrid，然后用振动触觉刺激器刺激个别手指，或要求病人进行特定的手部运动。在单个指尖刺激后，观察到HGA明显增强，其中最大的增强出现在初级体感皮层。每个指尖的振动触觉刺激引发了空间上独特的HGA模式，一些通道以不同的幅度调谐所有指尖。在将HGA叠加到植入PtNRGrid的光学图像上后，观察到振动触觉刺激的神经相关的精确空间分布。
崔永斌接下来展示PtNRGrids在手部抓取任务中的高时空分辨能力。与振动触觉刺激一样，我们观察到PtNRGrids在运动过程中、接近运动完成时和运动完成后100毫秒内的高度局部HGA。此外，通过PtNRGrids的高分辨率，可以看出S1 （somatosensory cortices, 躯体感觉皮层和M1 （primary somatomotor cortices，初级运动皮层）大脑皮层在抓取任务中的相互协调。在沿电极阵列一角切割的单线电极的时空快照中（图中的黄色矩形），展示了皮层中特定波段与受试者手部运动的显著相关性。运动开始时，在M1皮层观察到HGA；当手掌开始闭合时，在M1和S1皮层都能看到HGA信号；当运动完成后，HGA只在S1皮层徘徊。
PtNRGrids具有高时空分辨率，可以用于捕捉感觉和运动诱发的活动信号
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Tchoe et al., Sci. Transl. Med.
最后，作者利用PtNRGrid构建与抓取活动相关的大脑皮质脑波传播图。通过计算PtNRGrids记录的β波（13-30Hz）的相位的空间梯度推断β波传播方向。进一步，作者发现在M1-S1皮层上有明显的传播。在运动的准备阶段，长程β波从S1皮层传播到M1皮层；在运动过程中，β波被抑制；当运动完成后，传播方向发生逆转。
而后，该团队实现了专门用于临床使用的设计改进。如在定制的传感器网格印上供允许外科医生插入探针的孔，以帮助他们直接对特定位置的脑组织进行电刺激。
