脑机接口(brain computer interface，BCI)可独立于机体的外周神经和肌肉将大脑神经网络产生的信号传送至电脑设备并与之互通交换。BCI作为临床康复治疗的重要手段之一，已广泛应用于神经假肢、疼痛缓解、帕金森症抑制、视觉恢复等领域。脑机接口的连接方式有植入式和非植入式之分，其中植入式具有时空分辨率高、定位精准、记录信号质量好等优势。植入式脑机接口通过手术的方式将微丝电极阵列、硅电极阵列和光电极等神经微电极植入至具体目标脑区，以实现对电极记录点周围神经元放电信号的直接采集和记录。


微丝电极阵列(microwire electrode array,MWEA)作为BCI的重要媒介之一，因其高通量记录、耗材便宜、制作简单、性能稳定等特点被广泛应用于多通道电生理等基础实验研究。MWEA一般采用直径为20～50μm的被一层绝缘材料包裹的金属丝制成，这些金属丝主要包括镍铬合金、铂铱合金、钨、铂和不锈钢等。常规电生理实验一般选用导电性能、物理机械性能、电化学性能和制作成本均较为优异的镍铬合金丝作为制作微丝电极的材料。


微丝电极的发展历史悠久，早在1950年，已有人制作出金属微丝电极并用于神经电信号的记录，此时的单根金属电极并不能满足科学家对大脑8×1011神经元的探索与研究，因此，科研人员逐渐研制出多根电极丝排列的MWEA。Tsai等人制备的16和32通道的微丝电极阵列为脑神经网络的多通道电生理研究提供了坚实的媒介支撑，也是目前电生理实验广泛使用的微丝电极阵列原始模板。虽然MWEA在记录神经元放电方面有诸多优势，但是其记录到的电信号存在信噪比低、电压幅度小，且易受被记录对象的运动干扰等缺点。实验中，可以通过适当增加电极尖端的表面积(如在尖端电镀修饰材料)来减小电极阻抗，但是阻抗过小会增加背景噪音，降低信噪比。


连接地线可降低一部分噪音干扰，提高记录信号的信噪比，但是这种排噪方式比较随机，个体差异较大。


微丝电极阵列制作过程


(1)Samtec接口的针脚对准电路板的铜片(图1a-1)，首先用焊锡固定电极两侧边端(图1a-2)，再逐步粘合其余接口，相邻接口之间的焊锡不能接触，以免发生短路(电极另一侧同样操作)；(2)将电极丝剪成200 mm左右的小段；(3)摆排电极丝(图1a-4)，将剪好的电极丝并列摆放在电路板上,共8根，两两间隔200μm左右；(4)剥掉绝缘层，用镊子或电烙铁刮掉电极丝外层包裹的绝缘层，暴露出镍铬合金电极导电部分；(5)将剥掉绝缘层的电极端插入已被焊锡焊接的Samtec接口与电路板的铜片之间(图1a-5)。

制作电极另一侧，重上述2-5步骤；焊接地线，内置参考电极(图2a)：在电极一侧的任意一端焊接一根银丝作为地线，将剥掉一部分绝缘层的排列在电极阵列最外侧的电极丝作为参考电极，焊接到电极另一端；外置参考电极(图2b)：在电极一侧的两端焊接两根银丝，一根作为地线，另一根作为参考电极，在下置电极时，两根电极均缠绕在颅骨钉上；AB胶1∶1混合粘粘电极引脚针脚与电路板衔接处(图2c,2d)，一方面起到绝缘的作用，另一方面可保护裸露在外面的电极丝；在手术前，用眼科剪减掉电路板多余的部分，如图1a中红色“×”所示；根据目标脑区的定位，剪断电极丝(图1a)，剩余电极丝应长出目标脑区深度1～2 mm。