单根发丝状电极胜过传统21导联脑电图(EEG)

研究人员开发出一种3D打印电极，它看起来像一根头发，并且比目前用于诊断癫痫和睡眠障碍等疾病的方法更可靠地测量大脑活动。

当你想象有人进行脑电图(EEG)来诊断诸如癫痫之类的疾病时，你可能会想到他们的头部覆盖着电极。这是因为标准的脑电图通常使用21个电极，以策略性位置固定在头皮上，以捕获来自各个大脑区域的活动。

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然而，来自宾夕法尼亚州立大学(Penn State)的一个研究团队开创了脑电图的未来，他们开发了一种看起来像一根头发的单个电极，并且比标准的多电极版本更可靠。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学教授，该研究的共同通讯作者Tao Zhou说：“这种电极可以更一致和可靠地监测脑电图信号，并且可以不引人注目地佩戴，从而增强了功能和患者的舒适度。”

标准脑电图通常使用大约20个用导电凝胶连接的电极 Depositphotos 脑电图用于记录大脑的电活动，对于诊断和监测神经系统疾病（如癫痫、癫痫发作、睡眠障碍和脑损伤）非常重要。目前脑电图中使用的电极的刚性意味着即使是轻微的移动也会在记录中引入噪声和伪影，并限制患者自由移动的能力。通常，使用“湿电极”，需要涂抹导电凝胶以保持与头皮的适当接触。这种方法很麻烦（想想头发中的凝胶），并且由于凝胶往往会随着时间的推移而干燥，因此必须重新涂抹以保持信号质量。

Zhou说：“这将改变电极和头皮之间的阻抗或界面，并且会影响记录的大脑信号。我们也不总是将电极应用于完全相同的位置，因为我们是人。但是，如果更改位置，即使是一点点，您正在监测的大脑信号也可能会有所不同。”

考虑到这些缺点，Penn State的研究人员开发了他们的用于脑电图监测的无凝胶“stick-and-play”设备。它旨在长时间连续佩戴，同时不干扰佩戴者的日常活动或引起对其存在的注意。为此，该设备的电极部分使用聚合物水凝胶3D打印成300 μm宽。它看起来像一根头发。（顺便说一下，可以使用不同的生物相容性染料进行打印，以确保设备与佩戴者的头发颜色相匹配。）电极使用3D打印的生物粘合剂连接到头皮，在测试中发现该粘合剂的强度几乎是商业脑电图凝胶的两倍。它在淋浴和运动引起的出汗后仍然存在，但在移除时不会对皮肤造成损害。

研究人员测试了该设备的长期粘附性和电性能，并将其与使用多个电极的当前标准脑电图进行了比较。即使在人体测试对象进行常规活动时，该电极仍能牢固地连接到头皮24小时。阻抗保持稳定，12或24小时后没有明显增加，这意味着大脑活动信号的质量没有改变。与常规的依赖凝胶的方法相比，发丝状设备保持了更好的皮肤接触，并消除了运动伪影。

发丝状电极（左）与实际的人类头发（右）的比较 Zhou Lab/Penn State CC BY-NC-ND 4.0（原始图像使用生成式AI扩展） Zhou说：“您不必担心电极的位置是否已更改或阻抗是否已更改，因为电极没有移动。”

目前，发丝状脑电图设备是有线的，因此患者必须连接到机器才能记录其大脑活动。但是，研究人员希望开发一种无线版本，并预见到该设备的许多应用。

他们说：“这项技术有望用于消费者健康和保健产品，从而能够开发先进的可穿戴设备，这些设备可以谨慎地监测心理健康、压力水平和认知功能。它还可以集成到脑机接口(BCI)系统中，从而提高其可用性和舒适性，从而扩大其在残疾人辅助技术、虚拟现实(VR)体验以及增强日常任务中人机交互等领域的应用。”

该研究发表在期刊NPJ – Biomedical Innovations上。 来源：Penn State 查看图库 - 3 张图片

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