版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

你是否想過，隻需要佩戴一款小型設備就可以輕鬆地追蹤你的大腦活動，甚至進一步設置智能化的人機交互場景呢？這其實並不遙遠，近年來大腦-計算機接口（腦機接口，Brain-computer interfaces，BCI）在運動和語言康複領域顯示出巨大的臨(lin) 床潛力，這也推動了實現高效、自然、智能的人機交互的創新方法的發展。傳(chuan) 統的大多數腦機接口多為(wei) 基於(yu) 帽子的非侵入性式、基於(yu) 頭帶的商業(ye) 產(chan) 品或基於(yu) 微針的侵入性方法，但由於(yu) 使用不便、炎症甚至是對人體(ti) 組織的不可逆損傷(shang) ，這些方法都並不適合日常使用。

近年來，植入在耳朵的腦機接口因其易於(yu) 佩戴、損傷(shang) 小以及可以進行非侵入性腦電圖（EEG）信號采集等多重優(you) 勢而受到越來越多的關(guan) 注。由於(yu) 耳道的幾何複雜性，為(wei) 了形成緊密的電極-組織界麵，電子器件必須具有可變形性和適應性。硬質的、不可變形的電子器件不能沿著崎嶇的耳道隨形地變形從(cong) 而導致電極和內(nei) 耳的接觸差，但軟質的、可變形的電子器件又會(hui) 因為(wei) 插入和取出過程中與(yu) 敏感耳道的強烈摩擦導致組織損傷(shang) 。

於(yu) 是，一種可以革命性改變這一領域的策略應運而生——SpiralE。近日，清華大學柔性電子技術實驗室馮(feng) 雪教授課題組與(yu) 醫學院高小榕教授課題組合作，在《Nature Communications》期刊上在線發表了題為(wei) “用於(yu) 視覺和聽覺腦機接口的入耳式共形生物電子器件”（Conformal in-ear bioelectronics for visual and auditory brain-computer interfaces）的研究成果。該研究探索了一個(ge) 全新的非入侵性腦機接口設備，即以耳道為(wei) 載體(ti) 的SpiralE。

智能高適應：耳內(nei) 生物電子學

SpiralE是一款獨特的視覺和聽覺腦機接口設備，它利用了一種名為(wei) 形狀記憶聚合物（SMPs）的特殊材料製成。SpiralE基於(yu) 耳內(nei) 生物電子學，並能通過電熱驅動自主擴展，通過精巧的設計和高超的製作工藝，SpiralE能夠根據耳道的形狀進行靈活的螺旋式形變和塑形，使其能夠在保證舒適度的前提下確保與(yu) 周圍耳道環境的貼合，從(cong) 而大大提高大腦生物電信號的采集質量和精度。並且SpiralE可以在承受10% 拉伸應變400次循環的過程中始終保持其最佳的電阻抗，表現出高可靠性和電化學穩定性。這讓SpiralE成為(wei) 了一款便攜，安全，同時也可以提供高質量數據的腦機接口設備。

強大高效：精準分類和準確識別

SpiralE在實際應用中的效果如何呢？研究者進行了一係列實驗，結果令人驚訝。在9目標穩態視覺誘發電位（SSVEP）分類任務中，實驗參與(yu) 者利用SpiralE達到了高達95%的離線準確率。同時，在沒有預定校準的40目標在線穩態視覺誘發電位鍵入實驗中也成功鍵入了目標短語。這些成果足以證明SpiralE的準確性和可靠性。

此外，SpiralE還在自然語言聽覺分類中有著顯著表現。在模擬“雞尾酒會(hui) ”環境下的實驗中，SpiralE的識別準確率達到了84%，足以見證其強大的聽覺分類能力。

臨(lin) 床價(jia) 值

SpiralE的問世是腦機接口領域的巨大突破。首先對於(yu) 運動和語言康複領域的患者，準確且高效的監測大腦活動對於(yu) 追蹤康複進程、製定個(ge) 性化康複計劃具有重要意義(yi) 。其次也有望推動新的治療方式的發現和開發。例如，對大腦疾病的早期診斷，如癲癇，阿爾茨海默病等，都需依賴對大腦活動精確的監測。最後SpiralE的出現，也為(wei) 設計和製造三維柔性生物電子產(chan) 品提供了全新的可能。隨著這一領域的發展，我們(men) 有望看到越來越多使用耳內(nei) 傳(chuan) 感器監測和操控大腦活動的醫療設備問世，這將極大提高生物醫學工程和神經監測的療效和科研效率。總的來說，SpiralE為(wei) 腦機接口的臨(lin) 床應用帶來了重要的改觀，使其成為(wei) 未來醫療領域一個(ge) 值得期待的新型治療工具。

商業(ye) 價(jia) 值

1、首先，SpiralE提供了一種新型的便攜式、非侵入性BCI設備，其便攜性和非侵入性使得SpiralE比傳(chuan) 統的腦機接口設備更具使用上的便利性和可接受性，使其應用範圍更為(wei) 廣泛；2、其次，SpiralE的高精度和強大的自然語言聽覺識別能力使其在需要精確監測和識別大腦活動的商業(ye) 應用中有巨大的潛力，例如在康複訓練、虛擬現實、娛樂(le) 遊戲和人工智能等領域。3、另外，SpiralE的技術特性提供了一種新的生物電子產(chan) 品設計概念，為(wei) 相關(guan) 產(chan) 業(ye) 的研發提供了新的方向和可能性，具有極大的開發商業(ye) 價(jia) 值。參考文獻：

[1] Wang Z, Shi N, Zhang Y, Zheng N, Li H, Jiao Y, Cheng J, Wang Y, Zhang X, Chen Y, Chen Y, Wang H, Xie T, Wang Y, Ma Y, Gao X, Feng X. Conformal in-ear bioelectronics for visual and auditory brain-computer interfaces. Nat Commun. 2023 Jul 14;14(1):4213. doi: 10.1038/s41467-023-39814-6. PMID: 37452047; PMCID: PMC10349124.

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！