腦機接口（BCI）技術近年來受到廣泛關注，各國政府和企業對相關研究和應用進行了大量投資。在未來，恢復患者溝通和運動功能，治療精神類和神經類疾病，游戲以及其他日常和醫療應用都將受益于BCI的發展進步。BCI技術的關鍵是利用電極進行腦電活動檢測和傳遞。然而，傳統的剛性電極由于楊氏模量不匹配、對人體的潛在損害以及信號質量隨時間推移而下降而受到限制。這些因素使得柔性電極的開發變得至關重要。近年來，由柔性材料制成的腦電電極作為傳統剛性電極的替代品越來越受歡迎，因為它們具有更廣的順應性、更高信噪比（SNR）信號獲取潛力和更廣泛的應用范疇。因此，這篇綜述總結了這一領域最新進展，探討了制造這些柔性電極的分類和未來發展方向，以進一步促進柔性BCI電極的發展。
Figure 1. Timeline of the development of brain projects around the world.
在BCI電極制造工藝方面，傳統材料和制造工藝限制了具有高性能、高電極密度和其他特色的柔性電極的開發。柔性電極通常由有導電材料和柔性基底材料組成。近年來，柔性電極制造工藝得到了顯著改進。大多數電極材料、制造方法和柔性基底材料可同時用于制造顱內和顱外電極。同樣值得注意的是，微機電系統技術和微細加工在制造顱內電極方面可能具有巨大的優勢，特別是對于ECoG電極，這可能有助于增加電極密度和提高空間分辨率。當涉及柔性電極的其它材料性能要求時，顱內和顱外電極均追求較好的機械性能、粘附性能和生物相容性。
Figure 4. Some electrodes with biodegradability and multifunctional electrodes.
盡管開發便攜且安全的BCI柔性電極仍存在許多障礙，但它仍然擁有光明的未來。基于柔性電極的BCI技術已經通過腦控運動和語言功能以及治療各種神經和認知障礙來體現其價值。此外，物聯網也是BCI的藍海。尤其是在元宇宙方面，BCI是未來元宇宙與人類之間的交互渠道，是吸引人們的完美方式。在BCI技術的幫助下，信息可以隨時隨地無縫傳達。與運動控制或語音控制相比，它提供了更多的便利、隱私和可能性。它不僅可以影響人類的感官信息，還可以直接將物理信息傳達給大腦，改變人類的交流方式。它可能是元宇宙的終極形式。此外，將大腦上傳到云端，在數字空間中創建意識、情感和記憶，可能會提供一種實現精神永生的方法。如果人體的感覺器官和四肢冬眠或冷凍，只保留大腦的活動，可以減少其他疾病的損害和影響，同時也可以用有限的能量和資源延長大腦的壽命。
BCI的商業化和產業化仍然需要材料科學、神經科學、計算機科學、工程學和其他學科之間的合作。柔性電極作為BCI最重要的硬件之一，無論使用什么電極，主要目標是傳輸腦電信號，以便在人與機器之間架起橋梁，更深入地了解其機制，并改善人們的生活質量。利用不同類型的電極將是未來提供更好的信號的趨勢。有創和非侵入性腦電圖檢測方法將長期共存并相互學習。同時，在材料、制造方法和基底材料方面仍需不斷探索和開發。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202211012
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