你是否想过，只需要佩戴一款小型设备就可以轻松地追踪你的大脑活动，甚至进一步设置智能化的人机交互场景呢？这其实并不遥远，近年来大脑-计算机接口（脑机接口，Brain-computer interfaces，BCI）在运动和语言康复领域显示出巨大的临床潜力，这也推动了实现高效、自然、智能的人机交互的创新方法的发展。传统的大多数脑机接口多为基于帽子的非侵入性式、基于头带的商业产品或基于微针的侵入性方法，但由于使用不便、炎症甚至是对人体组织的不可逆损伤，这些方法都并不适合日常使用。

近年来，植入在耳朵的脑机接口因其易于佩戴、损伤小以及可以进行非侵入性脑电图（EEG）信号采集等多重优势而受到越来越多的关注。由于耳道的几何复杂性，为了形成紧密的电极-组织界面，电子器件必须具有可变形性和适应性。硬质的、不可变形的电子器件不能沿着崎岖的耳道随形地变形从而导致电极和内耳的接触差，但软质的、可变形的电子器件又会因为插入和取出过程中与敏感耳道的强烈摩擦导致组织损伤。

于是，一种可以革命性改变这一领域的策略应运而生——SpiralE。近日，清华大学柔性电子技术实验室冯雪教授课题组与医学院高小榕教授课题组合作，在《Nature Communications》期刊上在线发表了题为“用于视觉和听觉脑机接口的入耳式共形生物电子器件”（Conformal in-ear bioelectronics for visual and auditory brain-computer interfaces）的研究成果。该研究探索了一个全新的非入侵性脑机接口设备，即以耳道为载体的SpiralE。

智能高适应：耳内生物电子学

SpiralE是一款独特的视觉和听觉脑机接口设备，它利用了一种名为形状记忆聚合物（SMPs）的特殊材料制成。SpiralE基于耳内生物电子学，并能通过电热驱动自主扩展，通过精巧的设计和高超的制作工艺，SpiralE能够根据耳道的形状进行灵活的螺旋式形变和塑形，使其能够在保证舒适度的前提下确保与周围耳道环境的贴合，从而大大提高大脑生物电信号的采集质量和精度。并且SpiralE可以在承受10% 拉伸应变400次循环的过程中始终保持其最佳的电阻抗，表现出高可靠性和电化学稳定性。这让SpiralE成为了一款便携，安全，同时也可以提供高质量数据的脑机接口设备。

强大高效：精准分类和准确识别

SpiralE在实际应用中的效果如何呢？研究者进行了一系列实验，结果令人惊讶。在9目标稳态视觉诱发电位（SSVEP）分类任务中，实验参与者利用SpiralE达到了高达95%的离线准确率。同时，在没有预定校准的40目标在线稳态视觉诱发电位键入实验中也成功键入了目标短语。这些成果足以证明SpiralE的准确性和可靠性。

此外，SpiralE还在自然语言听觉分类中有着显著表现。在模拟“鸡尾酒会”环境下的实验中，SpiralE的识别准确率达到了84%，足以见证其强大的听觉分类能力。

临床价值

SpiralE的问世是脑机接口领域的巨大突破。首先对于运动和语言康复领域的患者，准确且高效的监测大脑活动对于追踪康复进程、制定个性化康复计划具有重要意义。其次也有望推动新的治疗方式的发现和开发。例如，对大脑疾病的早期诊断，如癫痫，阿尔茨海默病等，都需依赖对大脑活动精确的监测。最后SpiralE的出现，也为设计和制造三维柔性生物电子产品提供了全新的可能。随着这一领域的发展，我们有望看到越来越多使用耳内传感器监测和操控大脑活动的医疗设备问世，这将极大提高生物医学工程和神经监测的疗效和科研效率。总的来说，SpiralE为脑机接口的临床应用带来了重要的改观，使其成为未来医疗领域一个值得期待的新型治疗工具。

商业价值

1、首先，SpiralE提供了一种新型的便携式、非侵入性BCI设备，其便携性和非侵入性使得SpiralE比传统的脑机接口设备更具使用上的便利性和可接受性，使其应用范围更为广泛；2、其次，SpiralE的高精度和强大的自然语言听觉识别能力使其在需要精确监测和识别大脑活动的商业应用中有巨大的潜力，例如在康复训练、虚拟现实、娱乐游戏和人工智能等领域。3、另外，SpiralE的技术特性提供了一种新的生物电子产品设计概念，为相关产业的研发提供了新的方向和可能性，具有极大的开发商业价值。参考文献：

[1] Wang Z, Shi N, Zhang Y, Zheng N, Li H, Jiao Y, Cheng J, Wang Y, Zhang X, Chen Y, Chen Y, Wang H, Xie T, Wang Y, Ma Y, Gao X, Feng X. Conformal in-ear bioelectronics for visual and auditory brain-computer interfaces. Nat Commun. 2023 Jul 14;14(1):4213. doi: 10.1038/s41467-023-39814-6. PMID: 37452047; PMCID: PMC10349124.

撰文：键键

审核：淑霞

排版：楚涵

投稿合作：chuhan.si@shulanfund.com

来源: BTIT俱乐部