清華新聞網(wǎng)7月24日電 7月14日，清華大學(xué)柔性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、航天航空學(xué)院馮雪教授課題組與醫(yī)學(xué)院高小榕教授課題組合作，在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上在線(xiàn)發(fā)表了題為“用于視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)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。該論文提出了一種耳內(nèi)的柔性三維附壁攀爬神經(jīng)電子器件，開(kāi)展了基于穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位和雞尾酒效應(yīng)的視覺(jué)及聽(tīng)覺(jué)腦機(jī)接口（BCI）研究，展示了其在神經(jīng)腦科學(xué)領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)連續(xù)獲取腦電信號(hào)在人機(jī)混合智能、臨床腦疾病診治等領(lǐng)域具有重要的意義。然而，顱骨的存在影響了腦電信號(hào)的獲取，外耳道的腔道有望削弱顱骨對(duì)腦電信號(hào)的衰減作用，且所受運(yùn)動(dòng)干擾低，可更加有效地記錄顳葉、頂葉及枕葉等腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)。
外耳道內(nèi)部蜿蜒曲折的幾何形貌以及因人而異的特點(diǎn)，對(duì)力學(xué)、材料、界面及電子器件的設(shè)計(jì)提出極高的挑戰(zhàn)；此外，實(shí)現(xiàn)耳內(nèi)腦電信號(hào)的連續(xù)監(jiān)測(cè)而不影響聽(tīng)覺(jué)信息的正常傳導(dǎo)也對(duì)電子器件的形態(tài)提出極高的挑戰(zhàn)。研究人員基于柔性電子器件可與神經(jīng)界面共形集成的特點(diǎn)，發(fā)展了一種自適應(yīng)、自支撐的耳內(nèi)柔性三維附壁攀爬神經(jīng)電子器件，解決了上述挑戰(zhàn)。該器件以小螺旋的構(gòu)型深入外耳道，在電熱驅(qū)動(dòng)下膨脹并變形為預(yù)設(shè)大螺旋構(gòu)型，受到耳道內(nèi)壁的約束后自適應(yīng)地貼合于耳道內(nèi)表面。其模量可調(diào)節(jié)的特性平衡了外耳道的生理敏感同信號(hào)采集所需界面穩(wěn)定的矛盾，形態(tài)可重構(gòu)的特性解決了傳統(tǒng)支撐物需量身定制的難題，同時(shí)其中空的結(jié)構(gòu)不影響受試者與外界的溝通與交流，為開(kāi)發(fā)適用于三維復(fù)雜表面/結(jié)構(gòu)的柔性電子器件提供了嶄新的思路。
圖1.耳內(nèi)柔性三維附壁攀爬神經(jīng)電子器件
研究人員基于該器件分別開(kāi)展了基于穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位的視覺(jué)BCI和基于雞尾酒效應(yīng)的聽(tīng)覺(jué)BCI研究，驗(yàn)證了器件在EEG-BCI中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，提升了BCI的易用性與泛用性，推動(dòng)了可穿戴BCI的發(fā)展，為揭示自然場(chǎng)景下聽(tīng)覺(jué)注意機(jī)制帶來(lái)重要的啟示。
圖2.視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)BCI研究
清華大學(xué)副研究員馬寅佶、高小榕、馮雪為該文章的共同通訊作者，清華大學(xué)航院博士后王宙恒和醫(yī)學(xué)院博士生史楠林為共同第一作者。參與該工作的還有浙江大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)附屬同仁醫(yī)院等單位。該研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39814-6
供稿：航院
題圖設(shè)計(jì)：金婭辰
編輯：李若夢(mèng)
審核：郭玲
