脑机启侦 | 临时纹身为测量脑电波提供了简单的解决方案（12.9）

科学家们首次发明了一种液态墨水，医生可以将这种墨水直接打印到患者的头皮上来测量大脑活动。这项技术发表于12月2日的《细胞生物材料》（Cell Biomaterials）期刊上，为目前用于监测脑电波和诊断神经疾病复杂过程提供了一个有希望的替代方案。此外，该技术还有望增强非侵入式脑-机接口（BCI）应用。

研究介绍

“我们在传感器设计、生物相容性墨水和高速打印方面的创新，为未来在体制造电子纹身传感器铺平了道路，这些传感器的应用范围不仅限于临床环境，还包括更广泛的生活场景。”论文的共同通讯作者、德克萨斯大学奥斯汀分校的Nanshu Lu教授说。

脑电图（Electroencephalography, EEG）是诊断各种神经疾病的重要工具，如癫痫发作、脑肿瘤、癫痫和脑损伤等。传统的EEG测试过程中，技术人员需要使用尺子和铅笔测量患者头皮，并标记十几个点来粘贴电极，这些电极通过长长的导线连接到数据收集机器以监测患者的脑电活动。这个过程既耗时又繁琐，对于许多需要长时间静坐进行测试的患者来说，也可能会感到不适。

Lu及其团队一直在开发小型传感器，这些传感器可以从人体皮肤表面追踪身体信号，这项技术被称为电子纹身。科学家们已经将电子纹身应用于胸部测量心脏活动、肌肉测量疲劳程度，甚至在腋下测量汗液成分。

过去，电子纹身通常是在一层薄的粘合材料上打印，然后再转移到皮肤上，但这种方法仅适用于无毛区域。“设计与多毛皮肤兼容的材料一直是电子纹身技术面临的持续挑战。”Lu解释道。

为了克服这一难题，研究团队设计了一种由导电聚合物组成的液态墨水。这种墨水可以穿过头发到达头皮，干燥后作为薄膜传感器工作，能够透过头皮检测脑电活动。

研究人员使用计算机算法设计出EEG电极在患者头皮上的位置，然后用数字控制的喷墨打印机将一层薄薄的电子纹身墨水喷涂到这些位置。整个过程快速、无需接触且不会给患者带来任何不适。

研究方法

研究团队在五名短发参与者头上打印了电子纹身电极，并在旁边附上传统的EEG电极。实验结果显示，电子纹身在检测脑电波方面表现良好，噪音最小。经过六小时后，传统电极上的凝胶开始干燥，超过三分之一的电极无法接收到信号，尽管剩余的大多数电极与皮肤接触减少，导致信号检测准确性降低。相比之下，电子纹身电极则保持了至少24小时的稳定连接。

此外，研究人员调整了墨水的配方，打印出了从电极延伸至头部底部的电子纹身线路，以取代标准EEG测试中使用的电线。“这一改进使打印的电线能够在不拾取新信号的情况下传导信号。”加州大学洛杉矶分校的共同通讯作者Ximin He说道。

随后，研究人员在纹身之间连接了较短的物理电线，连接到一个小型设备以收集脑电波数据。团队表示，未来他们计划在电子纹身中嵌入无线数据发射器，实现完全无线的EEG过程。

研究意义

“我们的研究有可能彻底改变非侵入式脑-机接口设备的设计方式。”德克萨斯大学奥斯汀分校的共同通讯作者José Millán说。脑-机接口设备通过记录与特定功能（如言语或运动）相关的大脑活动，并用这些信息控制外部设备，而无需移动肌肉。

目前，这类设备往往涉及到笨重的头戴装置，使用不便。电子纹身有望替代外部设备，直接将电子元件打印到患者的头上，从而使脑-机接口技术更加普及。

新闻来源：Cell Biomaterials