你是否想過，只需要佩戴一款小型設(shè)備就可以輕松地追蹤你的大腦活動(dòng)，甚至進(jìn)一步設(shè)置智能化的人機(jī)交互場景呢？這其實(shí)并不遙遠(yuǎn)，近年來大腦-計(jì)算機(jī)接口（腦機(jī)接口，Brain-computer interfaces，BCI）在運(yùn)動(dòng)和語言康復(fù)領(lǐng)域顯示出巨大的臨床潛力，這也推動(dòng)了實(shí)現(xiàn)高效、自然、智能的人機(jī)交互的創(chuàng)新方法的發(fā)展。傳統(tǒng)的大多數(shù)腦機(jī)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(jī)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)勢而受到越來越多的關(guān)注。由于耳道的幾何復(fù)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(yīng)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(dǎo)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(huì)因?yàn)椴迦牒腿〕鲞^程中與敏感耳道的強(qiáng)烈摩擦導(dǎo)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(yīng)運(yùn)而生——SpiralE。近日，清華大學(xué)柔性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室馮雪教授課題組與醫(yī)學(xué)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(jī)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(jī)接口設(shè)備，即以耳道為載體的SpiralE。

智能高適應(yīng)：耳內(nèi)生物電子學(xué)

SpiralE是一款獨(dú)特的視覺和聽覺腦機(jī)接口設(shè)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(xué)，并能通過電熱驅(qū)動(dòng)自主擴(kuò)展，通過精巧的設(shè)計(jì)和高超的制作工藝，SpiralE能夠根據(jù)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(yīng)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(xué)穩(wěn)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(shù)據(jù)的腦機(jī)接口設(shè)備。

強(qiáng)大高效：精準(zhǔn)分類和準(zhǔn)確識別

SpiralE在實(shí)際應(yīng)用中的效果如何呢？研究者進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果令人驚訝。在9目標(biāo)穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位（SSVEP）分類任務(wù)中，實(shí)驗(yàn)參與者利用SpiralE達(dá)到了高達(dá)95%的離線準(zhǔn)確率。同時(shí)，在沒有預(yù)定校準(zhǔn)的40目標(biāo)在線穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位鍵入實(shí)驗(yàn)中也成功鍵入了目標(biāo)短語。這些成果足以證明SpiralE的準(zhǔn)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(huì)”環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)中，SpiralE的識別準(zhǔn)確率達(dá)到了84%，足以見證其強(qiáng)大的聽覺分類能力。

臨床價(jià)值

SpiralE的問世是腦機(jī)接口領(lǐng)域的巨大突破。首先對于運(yùn)動(dòng)和語言康復(fù)領(lǐng)域的患者，準(zhǔn)確且高效的監(jiān)測大腦活動(dòng)對于追蹤康復(fù)進(jìn)程、制定個(gè)性化康復(fù)計(jì)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(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(dòng)精確的監(jiān)測。最后SpiralE的出現(xiàn)，也為設(shè)計(jì)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(lǐng)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(dòng)的醫(yī)療設(shè)備問世，這將極大提高生物醫(yī)學(xué)工程和神經(jīng)監(jiān)測的療效和科研效率。總的來說，SpiralE為腦機(jī)接口的臨床應(yīng)用帶來了重要的改觀，使其成為未來醫(yī)療領(lǐng)域一個(gè)值得期待的新型治療工具。

商業(yè)價(jià)值

首先，SpiralE提供了一種新型的便攜式、非侵入性BCI設(shè)備，其便攜性和非侵入性使得SpiralE比傳統(tǒng)的腦機(jī)接口設(shè)備更具使用上的便利性和可接受性，使其應(yīng)用范圍更為廣泛；

其次，SpiralE的高精度和強(qiáng)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(dòng)的商業(yè)應(yīng)用中有巨大的潛力，例如在康復(fù)訓(xùn)練、虛擬現(xiàn)實(shí)、娛樂游戲和人工智能等領(lǐng)域。

另外，SpiralE的技術(shù)特性提供了一種新的生物電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jià)值。

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