近期，我院晏善成教授團(tuán)隊(duì)在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》（中信所1區(qū)，影響因子:18.5）發(fā)表了以《Scaled elastic hydrogel interfaces for brain electrophysiology》為題的研究論文，我院為論文第一署名單位。

腦機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了腦與外部設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通訊，目前，主流技術(shù)仍才有侵入式鏈接，其成本高、難度大同時(shí)對(duì)大腦帶來巨大外源性創(chuàng)傷，發(fā)展非侵入式腦機(jī)接口一直是腦科學(xué)研究的重點(diǎn)。然而，非侵入性腦計(jì)算機(jī)接口技術(shù)方面進(jìn)展甚微，其中核心瓶頸就包括生物電極的導(dǎo)電材料，發(fā)展高靈敏、柔性生物兼容的新型腦機(jī)接口電極材料對(duì)于整個(gè)領(lǐng)域都是至關(guān)重要的。

針對(duì)上述問題，我們采用ITO前驅(qū)液溶膠作為導(dǎo)電性能的原料配方，退火研磨后與海藻酸鹽混合在一起，制成了一種無細(xì)胞毒性的ITO水凝膠球形電極。電極顯著且均一的導(dǎo)電性使其能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的自適應(yīng)變形，符合不同的頭皮地形。通過電學(xué)測試，大多數(shù)電極阻抗值皆降至10 kΩ以下，表明與傳統(tǒng)的導(dǎo)電膏相比，水凝膠電極具有較好的電學(xué)性能。隨后腦電數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其傳導(dǎo)性和信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖1 材料制備、測試及其腦電原理示意圖

隨后利用頻帶能量比分析和支持向量機(jī)算法對(duì)采集到的腦電信號(hào)進(jìn)行情感識(shí)別。兩個(gè)SVM算法的識(shí)別率分別達(dá)到83.5%和99.3%，所制備的ITO水凝膠電極對(duì)情感的識(shí)別結(jié)果為穩(wěn)定的較高識(shí)別準(zhǔn)確率。在采集腦電信號(hào)前后只需極少的準(zhǔn)備工作。利用廣泛的原材料和簡單的制備方法增強(qiáng)了水凝膠電極的潛在醫(yī)學(xué)應(yīng)用，從而大大促進(jìn)了腦電設(shè)備的進(jìn)步和抑郁癥相關(guān)病理的研究。

圖2 水凝膠小球電極的情緒識(shí)別的檢測及其算法實(shí)現(xiàn)