摘要：研究人员创建了一个发际型装置，用于长期对大脑电活动的无创监测。轻质和柔性电极直接连接到头皮，并提供稳定的高质量脑电图（EEG）记录。...

脑电图（EEG）监测的未来可能很快看起来像一束头发。宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员代替了传统的金属电极，电线和粘性粘合剂的网络，为长期的，无创的监测大脑的电活动创造了发际型装置。轻质和柔性电极直接连接到头皮，并提供稳定的大脑信号录音。

脑电图对于诊断和评估癫痫和脑损伤等神经系统疾病至关重要。在某些情况下，临床医生需要在更长的时间内监测脑波，例如评估影响大脑血管和血液流动的癫痫发作，睡眠障碍和状况。

研究人员描述了新的电极，在NPC生物医学创新杂志上发表的一项研究中，这些电极可在24小时的连续磨损中保持稳定的性能。研究人员说，除临床保健应用外，该技术还有望在消费者健康和保健产品中使用。

Wormley家庭工程科学和力学早期职业教授兼论文中的高级作者Tao Zhou说：“该电极可以对脑电图信号进行更一致，可靠的监控，并且可以在不引人注目的情况下佩戴，从而增强了功能和患者的舒适性。”

周解释说，脑电图监测是一种测量大脑电活动的广泛使用方法。将小金属电极放在头皮上，并捡起大脑中细胞产生的微弱电脉冲。电极连接到电线上，然后连接到机器，该机器显示出大脑活动的图案，看起来像波浪。

但是，传统的脑电图监测过程可能是一件笨拙的事情，有时甚至是混乱的事情。它的局限性使得很难用于连续的长期监控。

为了良好记录大脑活动，电极需要符合头皮。电极与皮肤或浓密的头发之间的任何缝隙都可以降低记录信号的质量。研究人员和临床医生必须将凝胶涂在头皮上，以保持电极与皮肤和信号质量之间的良好地表到地面接触。但是，对于某些人来说，凝胶会引起皮肤刺激。

这是一个耗时的过程，当凝胶干燥时必须重复进行，尤其是对于某人需要连续或在多个会话过程中进行监控。应用和重新应用过程也不精确，并且可能导致电极上使用的不同量的凝胶。

周说：“这将改变电极和头皮之间的阻抗或界面，并会影响记录的大脑信号。” “我们也不总是因为我们是人类而将电极应用于完全相同的位置。但是，如果您更改位置，即使一点一点，您所监视的大脑信号也可能有所不同。”

传统的脑电图电极也很僵硬，当某人移动头部甚至略微移动时，可能会损害数据均匀性。

为了解决这些局限性，研究团队设计了一个小型监测设备，看起来像一束头发，由3D打印的水凝胶材料制成。一端是电极。它看起来像一个小点，并从头皮捕获了大脑的电信号。有一个长而薄的线状组件，从电极延伸，连接到监视系统。

该设备还使用3D打印的生物粘附墨水，该墨水使电极可以直接粘在头皮上，而无需任何浓密的凝胶或其他皮肤制备。这样可以最大程度地减少电极和头皮之间的差距，从而提高了信号质量。设备的轻巧，灵活和可拉伸的性质也意味着设备保持原状 - 即使在梳理头发，戴和卸下棒球帽时，也可以长时间佩戴，使其适合于慢性监测。

该团队发现，新设备与金电极（用于脑电图的当前标准电极）相当。但是，发际电极在电极和皮肤之间保持更好的接触，并可靠地执行超过24小时的连续磨损，而没有信号质量降解。由于不必像传统的脑电图监测系统那样删除电极并替换电极，因此即使在不同的监视会话中，它们也消除了数据不一致的风险。

周说：“您不必担心电极的位置是否发生了变化，或者因为电极没有移动而阻抗是否发生了变化。”

与传统的金属电极不同，新电极模仿人头发，头部不起眼。由于该设备是3D打印的，周解释说，它们也可以以不同的颜色打印电极以匹配一个人的头发。

周说：“这使它变得谨慎，人们可能会更愿意穿这种情况，尤其是当他们需要连续的脑电图监控并且需要长时间佩戴电极时。”

目前，脑电图仍然有线；记录大脑活动时，需要将患者连接到机器。将来，研究人员希望使系统无线化，以便人们在录制会议期间可以更加自由地移动。

该论文中的其他宾夕法尼亚州立大学作者包括工程科学与力学系的博士生Salahuddin Ahmed和Marzia Momin。工程科学与力学系博士生贾苏·雷（Jiashu Ren）； Hyunjin Lee，生物医学工程系的博士生； Li-Pang Huang，研究助理；物理学系的本科生Basma Almahmood也为论出了贡献。

其他作者包括Chi-Ching Kuo，Archana Pandiyan和来自国家台北技术大学分子科学与工程系的Loganathan Veeramuthu。

美国国立卫生研究院的资金；橡树岭相关大学；国家台北理工大学 - 宾夕法尼亚州立大学合作种子赠款计划；宾夕法尼亚州立大学的工程科学与力学系，材料研究所和生命科学研究所都支持这项工作。