具有嵌入式電功能的神經接口（例如袖帶電極）對于監測和刺激周圍神經至關重要。盡管如此，袖帶電極仍然存在一些挑戰，因為縫合裝置會因高壓而損傷神經，并且電極與神經的安全接觸很難實現。

本文介紹了一種無縫合的軟驅動袖帶電極 （SACE），它可以通過在液體注射時產生彎曲的形狀來方便地包裹神經。并用該電極和CerePlex Direct在體多通道神經信號采集系統（BlackRock Microsystems）對小動物體內周圍神經的電生理活動進行采集，從而驗證該電極的特性。

下圖中顯示了在液體注射時包裹神經的SACE示意圖，充氣的球囊可以通過形成彎曲的形狀來牢固地抓住神經，并與神經進行最小且安全的接觸。將SACE 應用于動物的坐骨神經以進行神經信號記錄或神經調控。


 

圖1：軟驅動袖帶電極 （SACE） 與神經聯系。

為了驗證該器件的電氣功能，研究員們分析了注射最大流體體積的 0%、60% 和 90% 后的電化學阻抗和電荷存儲容量 （CSC）。

圖2：電極的電化學特性和流體注入時的 AP 記錄。

接下來研究員們通過記錄來自兔子坐骨神經的 CNAP 驗證了 SACE 用于體內記錄的可行性。

圖3：CNAP 反應的體內記錄。

為了長期記錄，研究員們將開發的裝置植入兔子的坐骨神經 5 周，并記錄各種刺激（如刷牙、伸展和屈曲）后的 CNAP 反應。為了確認 CNAP 起源于感覺或運動纖維，而不是來自運動偽影，他們在沒有肌肉收縮的情況下搖晃兔子的腿，這不會引起任何信號。

圖4：來自 SACE 的感覺和運動反饋信號的慢性記錄。

開發的 SACE 設備用于刺激坐骨神經，同時記錄來自 GN 和 TA 肌肉的 EMG 反應，下圖顯示了神經刺激誘導的 GN 和 TA 肌肉的平均 EMG 反應。



 

圖5：急性和慢性神經刺激誘導的 EMG 反應取決于刺激區域。

接下來研究員們又通過分析血流來評估電極和坐骨神經之間的接觸壓力。將基于液體 SACE 注射后的血流與縫合常規 2D 袖帶裝置后的血流進行了比較。

圖6：通過設備植入后的血流測量和神經組織學證明最小的神經損傷。

綜上所述，液體注入的形式突出了該電極的優勢，從而實現了電極與神經之間最小、柔軟但安全的接觸。結果表明，隨著時間的推移，周圍神經在 6 周內成功記錄和刺激。在確保與神經接觸的同時，植入的電極可以保持神經完整而不會減少血流，僅對神經施加最小的壓縮力。實驗證明，SACE 有望成為記錄和刺激雙向神經假體的周圍神經的有利工具。