清华团队最新研究，眼镜里藏着“神经开关”

基本信息

Title:Closed-loop wearable neurostimulation system with triboelectric sensing to alleviate hemifacial spasms

发表时间：2026.1.10

Journal:Nature Communications

影响因子：15.7

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引言

半侧面肌痉挛（Hemifacial spasm, HFS）最典型的体验，是一侧眼轮匝肌、口周或颈阔肌“自己动起来”：从下眼睑轻微抽动，到频繁闭眼、口角牵拉，社交尴尬、视物受限都可能随之而来。

临床上，诊断与疗效评估常依赖医生观察与患者主诉，难免带有主观性；更客观的肌电图（Electromyography, EMG）虽然能记录肌肉活动，但设备依赖强、连续监测困难，还容易被各种噪声与伪迹（artifact）干扰。

治疗方面，肉毒毒素（Botulinum toxin, BTX）注射见效快却需要反复治疗，手术微血管减压（Microvascular decompression, MVD）成功率高但风险不小，这些现实都在拉低长期依从性。

于是，一个关键问题变得很具体：能不能把“监测”和“干预”整合在同一套日常可佩戴设备里——平时持续、低负担地捕捉痉挛信号，一旦发作就自动触发合适强度的经皮神经电刺激（Transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS），并且避免像EMG那样在刺激时被电伪迹淹没？本文的思路是用自供能摩擦电传感（triboelectric sensing）替代EMG做“闭环眼睛”，把传感器嵌进眼镜腿，实时识别眼周细微动态，再用可调参数的刺激模块在发作瞬间“接管”异常神经兴奋，从而建立一个真正能在生活场景中运行的HFS闭环治疗原型。

实验设计与方法逻辑

作者围绕“可穿戴、抗干扰、能闭环”的目标，将摩擦电自供能传感器（HFSS）布置在眼角等高敏区域，通过材料掺杂BMF–CaCu₃Ti₄O₁₂（CCTO）与微米半球结构提升输出与信噪比；再用定制采集电路与滑动窗峰峰值（peak-to-peak）阈值法建立个体化痉挛检测，检测到发作即无线触发恒流高频刺激模块，对面神经干体表投影区实施参数可控的TENS，并用同步视频与计算机视觉（CV, mediapipe关键点）量化面部对称性变化来验证疗效闭环。

Fig. 1 | Design and features of closed-loop facial nerve stimulation system.

核心发现

1）HFSS“更灵敏也更耐用”：材料掺杂+微结构带来2.3倍提升

论文先把“能不能测得准”落到硬指标：通过优化CCTO掺杂比例并引入微米级半球阵列结构，HFSS开路电压（VOC）在最优条件下相对未改性材料提升约2.3倍；同时在不同面积、频率与力学加载下表现稳定，响应时间达到毫秒级，并通过扭折、疲劳循环与浸水等测试证明耐久性（Fig. 2）。这一步为后续“戴着走、长时间测”打下了可信的传感地基。

Fig. 2 | Performance optimization and electrical output characterization of HFSS.

2）把传感器塞进眼镜腿：从眨眼分级到痉挛识别98%准确率

系统级实现上，作者将HFSS与采集SoC集成在眼镜腿，实现低功耗无线传输，并展示设备能区分正常/轻微/用力眨眼的幅值层级（Fig. 3），证明其对“日常动作背景噪声”有足够动态范围。更关键的是闭环触发：信号经低通滤波后用滑动窗峰峰值阈值检测，超过个体阈值立即触发刺激（Fig. 4），并通过与临床标注视频对齐评估，整体痉挛识别准确率达约98%，触发信号准确率约95.9%，让“自动识别→自动干预”从概念变成可运行流程。

Fig. 3 | Hardware design and characterization.

Fig. 4 | HFS diagnosis/treatment integrated system and preliminary experiment

3）闭环电刺激让“脸更对称”：患者1多指标显著改善，患者2呈个体差异

疗效评估不止看“抽动次数”，作者用CV量化左右面部特征差异：口角-鼻（M–N）、眼角-鼻（E–N）、眼角-口角（E–M）以及眼区面积（EA）。在患者1中，闭环刺激状态下上述指标的左右差异时间序列明显收敛（Fig. 5a–h），并在多次发作的统计对比中呈显著改善（Fig. 5i–l），提示闭环刺激可减轻痉挛导致的面部不对称；患者2则主要在M–N、E–N上改善更突出而其他指标不显著，强调了HFS表型与刺激反应存在真实的个体异质性。

Fig. 5 | Distribution and statistical analysis of facial features of patients in different states (non-stimulation vs. closed-loop stimulation).

4）同一传感器还能“顺带测心率”：与ECG高度一致，提示自主神经线索

有意思的是，作者把HFSS放在浅表颞动脉区域，记录到清晰的脉搏波，并在运动-静息实验中与专业心电（ECG）心率曲线高度一致，相关系数达0.96（Fig. 6）。结合既往关于HFS发作前心率变化/HRV改变的报道，论文提出该系统未来可能不仅用于“发作后抑制”，还具备探索发作前自主神经（autonomic nervous system）变化、甚至早期预警的潜力——当然现阶段仍以可行性证据为主。

Fig. 6 | Records of heart rate changes from two devices before and after exercise.

归纳总结和点评

这项工作把HFS管理中最难的一环——“连续客观监测”与“及时、低风险干预”——做成了可穿戴闭环原型：自供能摩擦电传感避免了EMG在刺激期易受电伪迹干扰的痛点，眼镜式集成显著降低使用门槛；在小样本临床验证中，系统不仅实现高准确识别，还能在发作瞬间触发个体化参数的TENS，并以CV量化指标证明面部对称性改善。

尽管仍需更大样本、长期佩戴舒适性与算法自适应升级来检验泛化能力，但作为“把实验室闭环神经调控带入日常生活”的一步，这篇论文完成度高、路径清晰，也为其他外周神经异常放电相关疾病提供了很有启发性的工程范式。