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摘要大脑蕴含着复杂的神经网络。神经信息的传递是通过跨多个结构互连的大量神经元之间的协调活动来实现的。而神经元活动异常时会导致神经系统疾病的产生，如癫痫等重大脑疾病。由于大脑具有多维结构，因此利用有效的器件对表面皮层和脑深部神经信息进行全面地检测分析有利于促进对脑功能的理解、推动神经系统疾病的机制研究和病灶定位。我们对提高神经信号采集的长期稳定性和可靠性提出了更高的要求，在不断地优化器件与脑组织间的交互作用，改善传统刚性硅基电极的物理性能，推动能与脑组织长期兼容的新技术-柔性电极的发展。与此同时，微加工技术也加速了多通道电极阵列的发展，为获取神经网络中更全面的信息提供了技术支持。为了解决重大脑疾病癫痫的检测和病灶定位难题，突破神经元活动的长期检测技术，本论文研制了柔性皮层微电极阵列和柔性植入式微电极阵列，开展了对重大脑疾病癫痫模型动物的脑皮层神经活动的高灵敏检测和高空间分辨率精准功能定位研究以及对清醒动物的脑深部神经元活动的长期高时空分辨地探测研究，为癫痫的深入研究、神经信息的全面检测与脑功能的精准定位提供了支撑。本论文的研究内容和创新成果包括以下几个方面:<br>　　首先，围绕微弱脑皮层神经电生理信号的高空间分辨率和高灵敏检测的关键科学问题，提出了基于聚二甲基硅氧烷和聚对二甲苯的新型柔性脑皮层微电极阵列制备方法，制备出与脑皮层保形覆盖的柔性微电极阵列，构建了纳米复合材料传感界面，实现了对微弱皮层神经电活动的高灵敏、高空间分辨率检测，验证了谷氨酸和γ-氨基丁酸对皮层神经活动的调控作用。柔性脑皮层微电极阵列检测通道数为14，位点直径为60μm，检测覆盖面积为3.6×1.84nm2，与传统皮层电极相比提高了空间分辨率。MwCNTS/PEDOT:PSS纳米复合材料修饰电极，降低了由微米级的电极尺寸带来的高电极阻抗及背景噪音，电极阻抗从392.2±82.4kΩ降低至20.24-7.9kΩ，下降了一个数量级，提高了电极信噪比至6.15、增强了细胞与电极的粘附性、优化了电极与神经细胞的传感界面。柔性脑皮层微电极阵列实现了对体感皮层神经活动在兴奋性和抑制性药物调控下的动态变化的实时检测，表现出了高灵敏的检测性能，为后续癫痫模型动物在体检测奠定了基础。<br>　　其次，针对癫痫大鼠的脑皮层特征神经信息获取和病灶在皮层映射区的精准定位的关键科学问题，提出了脑皮层多功能区癫痫发作实时检测和癫痫灶在皮层映射区域定位的方法。发现了癫痫活动从灶点向邻近皮层时空扩散特性，获取了ECoG电活动的皮层映射关键数据，实现了病灶在皮层映射区的精准定位。柔性脑皮层微电极阵列覆盖在大鼠部分体感皮层、顶叶联合皮层和视皮层脑区，捕捉到癫痫发作前后以及癫痫发作进程中的ECoG电信号差异，发现癫痫发作下波形的特性变化，表现出典型的大振幅棘波和尖峰波，同时ECoG电位的振幅和功率均显著升高，并在频域上发现theta频段具有很高的振荡能量，结合多皮层脑功能区的联合检测，通过绘制皮层活动映射，将癫痫灶定位在微米尺度小区域范围。<br>　　最后，针对神经元水平的电生理信号长期检测的关键科学问题，构建了清醒活动大鼠的多脑区神经电生理信号检测方法，研制出新型柔性脑深部植入式微电极阵列，实现了对两种神经元类型的划分和对神经元活动的连续跟踪。柔性植入式微电极阵列包含16个检测通道，电极位点直径为30μm，电极植入长度为6-8mm，匹配了海马和皮层脑区结构，实现了跨脑区同步探测。柔性植入式微电极阵列具有低阻抗(17.9kΩ)、小相移(-33°)和高时空分辨率的检测性能。在对海马和皮层的同步检测中，记录了跨脑区的神经元动作电位和神经元群体局部场电位信号，并进一步划分了锥体神经元和中间神经元类型，发现了不同脑区所对应的神经元种类和发放情况的区别。建立了柔性植入式微电极阵列的长期检测方法，对自由活动大鼠进行了12天的监测，跟踪了单神经元的活动，神经信号保持着大于4.5的平均信噪比。对神经元进行分类以及对神经元活动的长期跟踪，为研究包括锥体神经元和中间神经元在内的不同种类的神经元在复杂的神经网络中所担当的功能提供了依据。