Echipamentul tradițional de achiziție EEG este voluminos, se bazează pe gel conductiv și este susceptibil la interferențe. Pentru ca tehnologia brain-computer interface (BCI) să devină cu adevărat parte din viața de zi cu zi, inovațiile trebuie să înceapă chiar de la început. Recent, o echipă condusă de cercetătorul Liu Ran și profesorul Gao Xiaorong de la Școala de Inginerie Biomedicală de la Universitatea Tsinghua a publicat o realizare semnificativă în revista ACS Applied Materials & Interfaces: au dezvoltat un electrod cu microac bazat pe MXene-care nu numai că permite-calitatea înaltă a semnalului EEG, dar oferă și avantajele de achiziție a gelului în medii complexe, fără purtare, - foarte compatibil. Acest nou electrod deschide calea pentru ca dispozitivele BCI să devină obișnuite.
Ⅰ. Un „petic cerebral” mai inteligent
Dispozitivele tradiționale de electroencefalografie (EEG) folosesc de obicei electrozi umezi pe bază de gel-. Deși oferă o calitate stabilă a semnalului, ele pot fi greoaie de utilizat, pot provoca iritații ale pielii și pot fi susceptibile la interferențe. În ultimii ani, electrozii uscați au apărut ca o alternativă, dar echilibrarea confortului, a calității semnalului și a ușurinței de purtare a fost o provocare persistentă în știința materialelor și în neuroinginerie.
Această echipă de cercetare a folosit MXene (un tip de material de carbon bi-dimensional) ca miez conductor și l-a combinat cu o structură de microac pentru a proiecta un electrod EEG uscat care măsoară doar 1 milimetru pătrat. MXene a atras recent o atenție larg răspândită pentru conductivitate, flexibilitate și biocompatibilitate excelente. Matricea de microace permite electrodului să „penetreze cu ușurință” stratul de suprafață al pielii, stratul cornos, eliminând nevoia de bărbierit sau aplicare de gel și permițând achiziționarea de semnale EEG cu un raport semnal-la{-zgomot cu impedanță scăzută,-înaltă. Această structură nu numai că îmbunătățește semnificativ stabilitatea contactului dintre electrod și scalp, dar oferă și avantaje precum rezistența la mișcare, transpirație și reutilizare.
Ⅱ. Procesare și testare: nu numai ușoare, ci și compatibile cu aplicațiile RMN și-pe cale ferată de mare viteză.
Pentru a verifica performanța completă a electrodului, cercetătorii au efectuat teste experimentale pe mai multe dimensiuni, inclusiv proprietățile materialelor, performanța de achiziție a semnalului fiziologic, biocompatibilitatea și compatibilitatea RMN.
În primul rând, în fabricarea electrozilor, cercetătorii au folosit tehnologia de micromulding și purtător de hidrogel pentru a se asigura că matricea de microneedle menține capacitatea de perforare, menținând în același timp o flexibilitate excelentă pentru a preveni deteriorarea pielii. Suprafața a fost tratată cu material MXene, permițând o grosime controlabilă a stratului conductiv, realizând atât stabilitatea structurală, cât și capacități ridicate de captare a semnalului.
În timpul fazei de testare a semnalului, echipa a aplicat electrodul unei paradigme comune de interfață a creierului-computer: potențial evocat vizual în stare-staționară (SSVEP). SSVEP este în prezent una dintre cele mai stabile și precise surse de semnal în BCI-urile ne-invazive și este utilizat pe scară largă în scenarii precum introducerea ortografiei și controlul robotului. Rezultatele testelor au arătat că acest electrod cu microac a obținut o acuratețe comparabilă în achiziția semnalului SSVEP cu electrozii tradiționali cu gel și chiar a funcționat mai stabil în medii zgomotoase și cu mișcare minimă.
În special, echipa de cercetare a evaluat și compatibilitatea electrodului cu imagistica prin rezonanță magnetică (IRM), negăsind artefacte semnificative sau încălzire anormală în câmpuri magnetice ridicate, sugerând potențialul său pentru utilizare ulterioară în achiziția EEG sincronizată în timpul imagistică funcțională a creierului clinic. În plus, testele de biocompatibilitate au demonstrat că purtarea prelungită nu induce inflamație sau reacții cutanate, făcându-l potrivit pentru monitorizarea clinică zilnică sau continuă.
Ⅲ. Un nou început către BCI „Zero-senzor”.
Cea mai mare semnificație a acestei cercetări constă în descoperirea sa în schimbul-între confort și performanță la electrozii EEG tradiționali. Combinând conductivitatea ridicată a materialelor MXene cu proprietățile de penetrare ale structurii microacului, acest electrod realizează achiziție EEG de înaltă-calitate,-pe termen lung, fără a fi nevoie de gel, punând bazele dispozitivelor BCI pentru a intra cu adevărat în era „purtabile”.
În viitor, prevedem că acești electrozi cu microace vor fi integrați cu module de comunicație fără fir, amplificatoare miniaturizate și cipuri AI de vârf pentru a crea un sistem de computer pentru creier--player-, integrat în viața de zi cu zi ca un ceas inteligent. În plus, poate servi și pentru o gamă mai largă de aplicații medicale, inclusiv neuroreabilitare, avertizare de epilepsie și monitorizare a somnului. Pentru industria de interfețe pentru creier-computer, aceasta înseamnă că „ultima milă” de la laborator la piață este în curs de trecere.