大脑作为一切思维活动的物质基础,支配人的所有生命活动,由大约850亿个神经元所组成。脑电是神经活动的基本特征,反映了神经元的生理状态和信息编码,主要的神经活动记录方法包括侵入式(植入)和非侵入式(非植入)两种。最常见的非侵入式脑电采集是将电极装置贴附于头皮表面,获取大量神经元活动同时发放的脑电信号(Electroencephalogram,EEG),但信噪比和时空分辨率不高。其中一种侵入式脑电采集则是向大脑植入一组深部电极(犹他电极阵列,微丝电极或密西根探针电极等),获取单个神经元发放的Spike或几百微米半径范围内的一小群神经元的局部场电位(Local field potential,LFP),得到立体定向脑电图(Stereoelectroencephalogram,SEEG),具有较高的空间分辨率,但是侵入性高,稳定性差,会造成脑组织受损和排异反应等。而介于颅内深部电极和头皮电极之间的脑部皮层电极,由于其侵入损伤小,采集的脑皮层电信号(Electrocorticogram,ECoG)具有信噪比高、分辨率高、信号采集频率范围更大等优势,其中包含极其重要的皮层神经元群体活动信息,已经在中枢神经系统疾病(癫痫、帕金森病、耐药抑郁症等)的诊断和干预,大脑神经编码和解码及脑机接口(BCIs)的改进等领域表现出巨大潜力。随着微机电系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)技术的进步,脑部皮层电极逐渐向小尺寸、高密度、超柔性等方向演变,旨在获取更加丰富和精确的大脑皮层表面神经活动信息。然而,现有的医用皮层脑部电极仍然存在严重不足,主要包括以下两方面问题:一方面,电极片与大脑皮层贴附性差,容易造成电极触点与皮层表面接触不良,直接导致信号采集的数据丢失;另一方面,电极密度低,采集的脑电信号分辨率不高,国内暂无超过256-channel的自主研发电极应用于临床及神经生理学实验,无法获得高通量的脑电信号。为了有效解决以上问题,本文在国内外相关研究基础之上,集中开展了柔性高分辨率脑部皮层电极的设计,制备,表征,性能测试和动物实验验证。论文的主要研究内容包括:1、大脑皮层复杂的褶皱结构被认为是智力的体现,在皮层褶皱中获取电信号为绘制完整的皮层表面脑电图提供了重要的机会。基于MEMS工艺和柔性材料设计并制备的超薄保形贴附脑部皮层电极,采用水溶性丝素蛋白薄膜作为支撑层,使总厚度仅有2.2μm的超薄电极更易于操作,并且在其溶解后,电极可以共形贴附于大脑皮层的褶皱结构,而不产生有害的副产物。使用不同动物的脑部模型进行模拟贴附,可以看出超薄器件对比普通器件,在信号的有效记录面积上占优。从猫至绵羊,其皮层褶皱结构的数量及复杂度是逐步增加的,而超薄器件可以很好地做到保形贴附。2、在超薄保形贴附脑部皮层电极的基础上,提出了一种多层布线设计,通过减小每一层绝缘层的厚度,制备了1024-channel、总厚度10μm的柔性高分辨率脑部皮层电极,可以实时获取高通量的脑电信号。采用腹腔注射青霉素的方式建立了大鼠全身性癫痫模型,使用柔性高分辨率皮层电极采集了部分通道的脑电信号,得到大鼠正常生理状态、诱发癫痫初期、高频发作期、用药缓解期、恢复正常状态等不同阶段的脑电波形变化数据,并建立了初步的大脑解码模型。