硅基神经探针集成昆虫运动控制与嗅觉神经信号记录技术研究

研究人员通过微加工技术开发了一种硅基神经探针，集成电刺激与神经记录功能。该四分支探针通过单次植入即可实现蝗虫运动控制与气味识别：外侧分支（2 mm×80 μm）在触角基部施加脉宽调制（PWM）电脉冲（2-5 V，10-90%占空比）调控转向行为，电压/占空比与转向角度呈线性相关且成功率>85%；内侧分支（150 μm宽）的8个记录位点（28 μm直径）解码58个触角叶神经元的气味特异性响应——硝酸铵选择性激活N2/N4神经元，苯甲醛触发N1/N5响应，2-己烯醛诱导群体爆发放电，通过二次判别分析（QDA）实现92.8%静态识别准确率。采用ΔRMS能量特征分析克服运动伪迹，在50 ms分辨率下维持84.8%动态识别率。27小时长期验证显示ΔRMS衰减≤16.7%，信噪比（SNR）衰减1.32 dB，为生物混合机器人系统感知-控制整合提供了关键技术窗口。

　　

这项突破性研究展示了革命性的硅基神经探针技术，犹如在蝗虫神经系统中植入"生物芯片遥控器"。科研团队巧妙设计的四叉戟状探针，外侧两支"控制臂"通过精准的脉宽调制电脉冲（PWM）操控蝗虫转向，就像用电子缰绳驾驭昆虫坐骑。内侧两支"监听臂"则化身微型神经窃听器，28微米直径的电极阵列成功破译触角叶神经元的气味密码：硝酸铵（NH₄NO₃）激活特定神经元组合，苯甲醛（C₆H₅CHO）触发另一组神经元"大合唱"，而2-己烯醛则引发神经元群体的"狂欢派对"。

研究团队创新性地采用ΔRMS能量特征分析技术，有效过滤运动产生的"神经噪音"，使动态识别准确率保持在84.8%的高水平。经过27小时马拉松式测试，这套系统展现出惊人的稳定性——信号衰减控制在16.7%以内，信噪比仅下降1.32分贝，堪称生物电子接口领域的"耐力王"。这项技术为开发新一代生物混合机器人（Biohybrid Robotics）提供了关键突破口，未来或可实现"昆虫侦察兵"在灾害现场的气体检测与自主导航。