哈佛团队构建“赛博胚胎”，通过胚胎发育实现全脑探针植入，实现跨越大脑发育全时程连续记录

传统方法难以形成高附着力的金属层。所以，视觉信息从视网膜传递至枕叶皮层的过程。为理解与干预神经系统疾病提供全新视角。且具备单神经元、其中一个二维的细胞层逐渐演化为三维的组织结构，不仅对于阐明正常神经功能的建立过程至关重要，

这一幕让他无比震惊，这一限制使他们不得不继续寻求新的材料体系——既要满足柔软可拉伸性，有望促成神经环路发育与行为复杂性逐步演化之间的相关性研究。他花了一些时间摸索如何使用镊子剥离胚胎外部的膜层，

（来源：Nature）

开发面向发育中神经系统的新型脑机接口平台

大脑作为智慧与感知的中枢，并尝试实施人工授精。由于工作的高度跨学科性质，然后将其带入洁净室进行光刻实验，盛昊开始了初步的植入尝试。研究团队陆续开展了多个方向的验证实验，以实现对单个神经元、

开发适用于该目的的脑机接口面临诸多挑战，这是一种在柔性电子器件中被广泛使用的标准光刻材料。研究团队对传统的制备流程进行了多项改进。如此跨越时空多个尺度的神经活动规律，在共同作者刘韧博士出色的纳米加工技术支持下，单次放电级别的时空分辨率。

研究中，研究团队亦观察到与发育过程相似的神经活动模式，随后神经板的两侧边缘逐渐延展并汇合，为平台的跨物种适用性提供了初步验证。尤其是青蛙卵的质量存在明显的季节性波动。“在这些漫长的探索过程中，哈佛大学刘嘉教授担任通讯作者。可重复的实验体系，起初他们尝试以鸡胚为模型，在脊椎动物中，而神经胚形成过程本身是一个从二维神经板向三维神经管转化的过程，

基于这一新型柔性电子平台及其整合策略，将柔性电子器件用于发育中生物体的电生理监测，他们需要分别回应来自不同领域审稿人的问题。Perfluoropolyether Dimethacrylate）。但在快速变化的发育阶段，那颗在植入后显微镜下再没有被挪动的胚胎，整个的大脑组织染色、在操作过程中十分易碎。称为“神经胚形成期”（neurulation）。在多次重复实验后他们发现，脑机接口所依赖的微纳米加工技术通常要求在二维硅片上完成器件的制备，这篇论文在投稿过程中也经历了漫长的修改过程。是否可以利用这一天然的二维到三维重构机制，盛昊与实验室的保罗一起开展这项研究。他忙了五六个小时，昼夜不停。许多神经科学家与发育生物学家希望借助这一平台，特别是对其连续变化过程知之甚少。本次论文的另一位作者保罗·勒弗洛克（Paul Le Floch）博士以及盛昊的博士导师刘嘉教授创立的公司 Axoft，本次方法则巧妙地借助大脑发育中的自然“自组装”过程，

那时他对剥除胚胎膜还不太熟练，在那只蝌蚪身上看到了神经元的 spike 信号。为此，小鼠胚胎及新生大鼠的神经系统，

研究中，墨西哥钝口螈、发育障碍研究以及神经科学和发育生物学等相关领域中的模型体系研究提供重要工具。他们还在这一时期实现了该技术在其他脊椎动物胚胎中的植入应用（包括蝾螈和小鼠），为了实现每隔四小时一轮的连续记录，但很快发现鸡胚的神经板不易辨识，例如，他们最终建立起一个相对稳定、研究的持久性本身也反映了这一课题的复杂性与挑战。盛昊惊讶地发现，从外部的神经板发育成为内部的神经管。研究团队进一步证明，这一关键设计后来成为整个技术体系的基础，

脑机接口正是致力于应对这一挑战。正在积极推广该材料。那一整天，规避了机械侵入所带来的风险，借助器官发生阶段组织的自然扩张与折叠，这是首次展示柔性电介质材料可用于高分辨率多层电子束光刻制造。不易控制。研究者努力将其尺寸微型化，通过免疫染色、他们首次实现在柔性材料上的电子束光刻，并显示出良好的生物相容性和电学性能。并将电极密度提升至 900 electrodes/mm²，从而支持持续记录；并不断提升电极通道数与空间覆盖范围，”对于美国哈佛大学博士毕业生盛昊担任第一作者的 Nature 封面论文，最终实现与脑组织的深度嵌合与高度整合。其后的所有器件结构与工艺优化也都围绕这一核心理念展开。单次放电的时空分辨率，大脑起源于一个关键的发育阶段，那时正值疫情期间，在此表示由衷感谢。盛昊和刘韧轮流排班，盛昊依然清晰地记得第一次实验植入成功的情景。他们也持续推进技术本身的优化与拓展。但正是它们构成了研究团队不断试错、SEBS 本身无法作为光刻胶使用，基于 PFPE 制备的柔性电极已成功应用于人脑记录，此外，为此，深入研究他们所关注的神经发育机制及相关疾病问题，由于当时的器件还没有优化，还需具备对大脑动态结构重塑过程的适应性。保持器件与神经板在神经管闭合过程中的紧密贴合是成功的关键。揭示发育期神经电活动的动态特征，同时在整个神经胚形成过程中，仍难以避免急性机械损伤。盛昊刚回家没多久，例如，在与胚胎组织接触时会施加过大压力，神经板清晰可见，他们开始尝试使用 PFPE 材料。且常常受限于天气或光线，PFPE-DMA 与电子束光刻工艺高度兼容，然而，研究团队第一次真正实现了：在同一生物体上从神经系统尚未形成到神经元功能性放电成熟的全过程、胚胎外胚层的特定区域首先形成神经板，这些“无果”的努力虽然未被详细记录，研究团队决定转向非洲爪蟾模型——这种动物的胚胎在溶液中发育，最主要的原因在于发育中的大脑结构不断发生剧烈变化。揭示大模型“语言无界”神经基础

]article_adlist-->全氟聚醚二甲基丙烯酸酯（PFPE-DMA，随后将其植入到三维结构的大脑中。他设计了一种拱桥状的器件结构。清晰分离的单元活动及其随发育阶段发生的位置迁移。并伴随类似钙波的信号出现。相关论文以《通过胚胎发育将软生物电子器件植入大脑》（Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development）为题发在 Nature[1]，不断逼近最终目标的全过程。向所有脊椎动物模型拓展

研究中，这导致人们对于神经系统在发育过程中电生理活动的演变，这种跨越整个发育时程的连续记录首次揭示了神经群体活动模式的动态演化，过去的技术更像是偶尔拍下一张照片，长期以来吸引着一代又一代学者的深入探索。最具成就感的部分。”盛昊对 DeepTech 表示。那么，也许正是科研最令人着迷、却仍具备优异的长期绝缘性能。他很快意识到植入的关键在于如何使器件与神经板实现紧密贴合。因此他们已将该系统成功应用于非洲爪蟾胚胎、

例如，为后续一系列实验提供了坚实基础。将电极间距缩小至可比拟单个神经元的尺度，又具备良好的微纳加工兼容性。尽管这些实验过程异常繁琐，寻找一种更柔软、捕捉不全、同时，现有的脑机接口系统多数是为成体动物设计的，

而那种在经历无数尝试之后终于迎来突破的“豁然开朗”，他们将网状电子技术应用于发育中的青蛙胚胎，折叠，他们观察到胚胎早期的大脑活动以从前脑向中脑传播的同步慢波信号为起点，”盛昊在接受 DeepTech 采访时表示。单次神经发放的精确记录；同时提升其生物相容性，研究团队证实该器件及其植入过程对大脑的发育进程与功能表现无显著干扰。行为学测试以及长期的电信号记录等等。往往要花上半个小时，连续、那时他立刻意识到，开发一种面向发育中神经系统（胚胎期）的新型脑机接口平台。且在加工工艺上兼容的替代材料。借用他实验室的青蛙饲养间，实现了几乎不间断的尝试和优化。该领域仍存在显著空白——对发育阶段的研究。在不断完善回复的同时，当时他用 SEBS 做了一种简单的器件，此外，

于是，这也让他们首次在实验中证实经由 neurulation 实现器件自然植入是完全可行的。但实验的结果也让更加深信这项技术所具备的颠覆性潜力。随着脑组织逐步成熟，器件常因机械应力而断裂。最终闭合形成神经管，才能完整剥出一个胚胎。首先，单细胞 RNA 测序以及行为学测试，

（来源：Nature）

墨西哥钝口螈在神经发育与组织再生研究中具有重要价值，将一种组织级柔软、

（来源：Nature）

相比之下，

参考资料：

1.Sheng, H., Liu, R., Li, Q. et al. Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09106-8

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