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你是否想過，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，甚至進一步設置智能化的人機交互場景呢？這其實并不遙遠，近年來大腦-計算機接口（腦機接口，Brain-computer interfaces，BCI）在運動和語言康復領域顯示出巨大的臨床潛力，這也推動了實現(xiàn)高效、自然、智能的人機交互的創(chuàng)新方法的發(fā)展。傳統(tǒng)的大多數(shù)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，植入在耳朵的腦機接口因其易于佩戴、損傷小以及可以進行非侵入性腦電圖（EEG）信號采集等多重優(yōu)勢而受到越來越多的關(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崎嶇的耳道隨形地變形從而導致電極和內(nèi)耳的接觸差，但軟質(zhì)的、可變形的電子器件又會因為插入和取出過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域的策略應運而生——SpiralE。近日，清華大學柔性電子技術(shù)實驗室馮雪教授課題組與醫(yī)學院高小榕教授課題組合作，在《Nature Communications》期刊上在線發(fā)表了題為“用于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(nèi)生物電子學

SpiralE是一款獨特的視覺和聽覺腦機接口設備，它利用了一種名為形狀記憶聚合物（SMPs）的特殊材料制成。SpiralE基于耳內(nèi)生物電子學，并能通過電熱驅(qū)動自主擴展，通過精巧的設計和高超的制作工藝，SpiralE能夠根據(jù)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周圍耳道環(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)的過程中始終保持其最佳的電阻抗，表現(xiàn)出高可靠性和電化學穩(wěn)定性。這讓SpiralE成為了一款便攜，安全，同時也可以提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)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？研究者進行了一系列實驗，結(jié)果令人驚訝。在9目標穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位（SSVEP）分類任務中，實驗參與者利用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(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)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(xiàn)。在模擬“雞尾酒會”環(huán)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。

臨床價值

SpiralE的問世是腦機接口領域的巨大突破。首先對于運動和語言康復領域的患者，準確且高效的監(jiān)測大腦活動對于追蹤康復進程、制定個性化康復計劃具有重要意義。其次也有望推動新的治療方式的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。例如，對大腦疾病的早期診斷，如癲癇，阿爾茨海默病等，都需依賴對大腦活動精確的監(jiān)測。最后SpiralE的出現(xiàn)，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。隨著這一領域的發(fā)展，我們有望看到越來越多使用耳內(nèi)傳感器監(jiān)測和操控大腦活動的醫(yī)療設備問世，這將極大提高生物醫(yī)學工程和神經(jīng)監(jiān)測的療效和科研效率?？偟膩碚f，SpiralE為腦機接口的臨床應用帶來了重要的改觀，使其成為未來醫(yī)療領域一個值得期待的新型治療工具。

商業(yè)價值

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(tǒng)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言聽覺識別能力使其在需要精確監(jiān)測和識別大腦活動的商業(yè)應用中有巨大的潛力，例如在康復訓練、虛擬現(xiàn)實、娛樂游戲和人工智能等領域。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，具有極大的開發(fā)商業(yè)價值。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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