研究人员创造了一种类似头发的装置，用于长期非侵入性监测大脑的电活动。这个轻便且灵活的电极直接附着在头皮上，提供稳定、高质量的脑电图（EEG）记录。
脑电图（EEG）监测的未来可能很快就会像一根头发。宾州州立大学的一个研究团队创造了一种类似头发的装置，用于长期非侵入性监测大脑的电活动，取代传统的金属电极、缠绕的电线和粘合剂。这种轻便且灵活的电极直接附着在头皮上，提供稳定、高质量的脑信号记录。
EEG 对于诊断和评估癫痫和脑损伤等神经系统疾病至关重要。在某些情况下，医生需要监测大脑波动更长时间，例如评估癫痫发作、睡眠障碍以及影响大脑血管和血流的状况。
研究人员在《NPC生物医学创新》期刊上发表的研究中描述了这种新的电极，显示其在持续佩戴超过24小时的情况下维持稳定性能。根据研究人员的说法，这项技术在消费健康和保健品方面具有潜力，除了临床医疗应用之外。
“这个电极可以更一致、更可靠地监测 EEG 信号，并且可以在不显眼的情况下佩戴，从而增强功能性和患者舒适度，”论文的高级作者、工程科学与力学的沃姆利家庭早期职业教授陶舟说。
陶舟解释说，EEG 监测是一种广泛使用的方法来测量大脑的电活动。小型金属电极被放置在头皮上，捕捉由大脑细胞产生的微弱电信号。这些电极连接到电线，再与一台机器连接，该机器将大脑的活动显示为波形图案。
然而，传统的 EEG 监测过程可能是繁琐的——有时甚至是麻烦的。它的限制使得在连续、长期监测时难以使用。
为了获取大脑活动的良好记录，电极需要符合头皮的形状。电极与皮肤或浓密头发之间的任何间隙都可能降低记录信号的质量。研究人员和临床医生必须在头皮上涂抹凝胶，以维持电极与皮肤之间良好的表面接触和信号质量。然而，对于一些人来说，这些凝胶可能会导致皮肤刺激。
这是一项耗时的过程，必须在凝胶干燥时重复，尤其是对于需要持续监测或多次会话的人来说。涂抹和重涂过程也不精确，可能导致电极上使用的凝胶量不同。
“这会改变电极与头皮之间的阻抗——即界面——并可能影响记录的大脑信号，”陶舟说。“我们在放置电极时也不总是放在完全相同的位置，因为我们是人类。但是，如果你稍微改变位置，监测到的大脑信号也可能不同。”
传统的 EEG 电极也很僵硬，当有人稍微移动头部时，会导致电极移位，从而影响数据一致性。
为了应对这些限制，研究团队设计了一个小型监测装置，看起来像一根头发，采用 3D 打印的水凝胶材料制造。一端是电极。它看起来像一个小点，从头皮捕捉大脑的电信号。电极延伸出一个长而细的类似电线的部件，与监测系统连接。
该设备还使用了可 3D 打印的生物粘合剂墨水，使电极可以直接粘在头皮上，而不需要任何粘稠的凝胶或其他皮肤准备。这最小化了电极与头皮之间的间隙，改善了信号质量。该设备轻便、灵活且可拉伸，这意味着在梳理头发和戴脱棒球帽时，设备也能牢牢固定，适合长期监测。
团队发现新设备的性能可与金电极媲美，这些电极是当前用于 EEG 的标准电极。然而，类似头发的电极与皮肤之间保持了更好的接触，能够在连续佩戴超过24小时内可靠运行，没有信号质量下降。由于电极不需要像传统 EEG 监测系统那样频繁拆卸和更换，因此消除了不同监测会话间数据不一致的风险。
“你不必担心电极的位置是否发生变化，或者阻抗是否变化，因为电极没有移动，”陶舟说。
与传统金属电极不同，新电极模仿人类头发，并且在头上的表现并不明显。由于该设备是 3D 打印的，陶舟解释说，他们可以根据个人的发色打印不同颜色的电极。
“这使得它更不显眼，人们佩戴时可能会更舒适，尤其是如果他们需要持续 EEG 监测，并且需要长时间佩戴电极，”陶舟说。
目前， EEG 仍然需要有线连接；患者需要连接到机器上以记录脑活动。未来，研究人员希望将系统无线化，以便在记录会话中，人们能够更自由地移动。
其他宾州州立大学的作者包括第一作者萨拉赫丁·艾哈迈德和玛尔齐亚·莫敏，两人都是工程科学与力学系的博士生。工程科学与力学系的博士生任佳树；生物医学工程系的博士生李贤珍；研究助理黄立邦；以及物理系的本科生巴斯玛·阿尔马哈穆德也为论文作出了贡献。
其他作者包括来自国立台北科技大学分子科学与工程系的郭启承、阿尔恰娜·潘迪扬和洛甘南·维拉穆图。
这项研究得到了国立卫生研究院；橡树岭相关大学；国立台北科技大学-宾州州立大学协作种子资金计划；以及宾州州立大学工程科学与力学系、材料研究所和哈克生命科学研究所的资助。
