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你是否想過(guò)，只需要佩戴一款小型設備就可以輕松地追蹤你的大腦活動(dòng)，甚至進(jìn)一步設置智能化的人機交互場(chǎng)景呢？這其實(shí)并不遙遠，近年來(lái)大腦-計算機接口（腦機接口，Brain-computer interfaces，BCI）在運動(dòng)和語(yǔ)言康復領(lǐng)域顯示出巨大的臨床潛力，這也推動(dòng)了實(shí)現高效、自然、智能的人機交互的創(chuàng )新方法的發(fā)展。傳統的大多數腦機接口多為基于帽子的非侵入性式、基于頭帶的商業(yè)產(chǎn)品或基于微針的侵入性方法，但由于使用不便、炎癥甚至是對人體組織的不可逆損傷，這些方法都并不適合日常使用。

近年來(lái)，植入在耳朵的腦機接口因其易于佩戴、損傷小以及可以進(jìn)行非侵入性腦電圖（EEG）信號采集等多重優(yōu)勢而受到越來(lái)越多的關(guān)注。由于耳道的幾何復雜性，為了形成緊密的電極-組織界面，電子器件必須具有可變形性和適應性。硬質(zhì)的、不可變形的電子器件不能沿著(zhù)崎嶇的耳道隨形地變形從而導致電極和內耳的接觸差，但軟質(zhì)的、可變形的電子器件又會(huì )因為插入和取出過(guò)程中與敏感耳道的強烈摩擦導致組織損傷。

于是，一種可以革命性改變這一領(lǐng)域的策略應運而生——SpiralE。近日，清華大學(xué)柔性電子技術(shù)實(shí)驗室馮雪教授課題組與醫學(xué)院高小榕教授課題組合作，在《Nature Communications》期刊上在線(xiàn)發(fā)表了題為“用于視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)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(gè)全新的非入侵性腦機接口設備，即以耳道為載體的SpiralE。

智能高適應：耳內生物電子學(xué)

SpiralE是一款獨特的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)腦機接口設備，它利用了一種名為形狀記憶聚合物（SMPs）的特殊材料制成。SpiralE基于耳內生物電子學(xué)，并能通過(guò)電熱驅動(dòng)自主擴展，通過(guò)精巧的設計和高超的制作工藝，SpiralE能夠根據耳道的形狀進(jìn)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周?chē)拉h(huán)境的貼合，從而大大提高大腦生物電信號的采集質(zhì)量和精度。并且SpiralE可以在承受10% 拉伸應變400次循環(huán)的過(guò)程中始終保持其最佳的電阻抗，表現出高可靠性和電化學(xué)穩定性。這讓SpiralE成為了一款便攜，安全，同時(shí)也可以提供高質(zhì)量數據的腦機接口設備。

強大高效：精準分類(lèi)和準確識別

SpiralE在實(shí)際應用中的效果如何呢？研究者進(jìn)行了一系列實(shí)驗，結果令人驚訝。在9目標穩態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位（SSVEP）分類(lèi)任務(wù)中，實(shí)驗參與者利用SpiralE達到了高達95%的離線(xiàn)準確率。同時(shí)，在沒(méi)有預定校準的40目標在線(xiàn)穩態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位鍵入實(shí)驗中也成功鍵入了目標短語(yǔ)。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(yǔ)言聽(tīng)覺(jué)分類(lèi)中有著(zhù)顯著(zhù)表現。在模擬“雞尾酒會(huì )”環(huán)境下的實(shí)驗中，SpiralE的識別準確率達到了84%，足以見(jiàn)證其強大的聽(tīng)覺(jué)分類(lèi)能力。

臨床價(jià)值

SpiralE的問(wèn)世是腦機接口領(lǐng)域的巨大突破。首先對于運動(dòng)和語(yǔ)言康復領(lǐng)域的患者，準確且高效的監測大腦活動(dòng)對于追蹤康復進(jìn)程、制定個(gè)性化康復計劃具有重要意義。其次也有望推動(dòng)新的治療方式的發(fā)現和開(kāi)發(fā)。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(lài)對大腦活動(dòng)精確的監測。最后SpiralE的出現，也為設計和制造三維柔性生物電子產(chǎn)品提供了全新的可能。隨著(zhù)這一領(lǐng)域的發(fā)展，我們有望看到越來(lái)越多使用耳內傳感器監測和操控大腦活動(dòng)的醫療設備問(wèn)世，這將極大提高生物醫學(xué)工程和神經(jīng)監測的療效和科研效率?？偟膩?lái)說(shuō)，SpiralE為腦機接口的臨床應用帶來(lái)了重要的改觀(guān)，使其成為未來(lái)醫療領(lǐng)域一個(gè)值得期待的新型治療工具。

商業(yè)價(jià)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，使其應用范圍更為廣泛；2、其次，SpiralE的高精度和強大的自然語(yǔ)言聽(tīng)覺(jué)識別能力使其在需要精確監測和識別大腦活動(dòng)的商業(yè)應用中有巨大的潛力，例如在康復訓練、虛擬現實(shí)、娛樂(lè )游戲和人工智能等領(lǐng)域。3、另外，SpiralE的技術(shù)特性提供了一種新的生物電子產(chǎn)品設計概念，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)提供了新的方向和可能性，具有極大的開(kāi)發(fā)商業(yè)價(jià)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.

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