Tradicinė EEG gavimo įranga yra didelė, priklauso nuo laidžiojo gelio ir yra jautri trikdžiams. Kad smegenų-kompiuterio sąsajos (BCI) technologija tikrai taptų kasdienio gyvenimo dalimi, naujovės turi prasidėti pačioje pradžioje. Neseniai komanda, vadovaujama mokslininko Liu Ran ir profesoriaus Gao Xiaorong iš Tsinghua universiteto Biomedicininės inžinerijos mokyklos, paskelbė reikšmingą pasiekimą žurnale ACS Applied Materials & Interfaces: jie sukūrė MXene{3}}pagrįstą mikroadatinį elektrodą, kuris ne tik suteikia galimybę gauti aukštos{4}kokybės EEG signalą, bet ir gauti sudėtingos aplinkos{5} pranašumą. nešiojamas ir labai suderinamas. Šis naujas elektrodas atveria kelią BCI įrenginiams tapti įprastais.
Ⅰ. Sumanesnis „smegenų lopas“
Tradiciniuose elektroencefalografijos (EEG) įrenginiuose dažniausiai naudojami gelio{0}}drėgnieji elektrodai. Nors jie siūlo stabilią signalo kokybę, juos gali būti sudėtinga naudoti, jie gali sudirginti odą ir gali būti jautrūs trikdžiams. Pastaraisiais metais sausieji elektrodai atsirado kaip alternatyva, tačiau komforto, signalo kokybės ir lengvo nusidėvėjimo subalansavimas buvo nuolatinis medžiagų mokslo ir neuroinžinerijos iššūkis.
Ši tyrimų grupė naudojo MXene (dvimatės anglies medžiagos tipą) kaip laidžią šerdį ir sujungė ją su mikroadatos struktūra, kad sukurtų sausą EEG elektrodą, kurio matmenys yra vos 1 kvadratinis milimetras. MXene neseniai sulaukė didelio dėmesio dėl puikaus laidumo, lankstumo ir biologinio suderinamumo. Mikroadatos matrica leidžia elektrodui „lengvai prasiskverbti“ į odos paviršinį sluoksnį, raginį sluoksnį, todėl nereikia skustis ar tepti gelio, ir gauti mažos -impedansės, didelio-signalo-ir{7}}triukšmo santykio EEG signalus. Ši struktūra ne tik žymiai pagerina kontakto tarp elektrodo ir galvos odos stabilumą, bet ir suteikia privalumų, tokių kaip atsparumas judėjimui, prakaitas ir pakartotinis naudojimas.
Ⅱ. Apdorojimas ir testavimas: ne tik lengvas, bet ir suderinamas su MRT bei greitųjų geležinkelių{1}}programomis.
Norėdami patikrinti elektrodo visapusišką veikimą, mokslininkai atliko eksperimentinius bandymus įvairiais matmenimis, įskaitant medžiagos savybes, fiziologinio signalo gavimo efektyvumą, biologinį suderinamumą ir MRT suderinamumą.
Pirma, elektrodų gamyboje mokslininkai naudojo mikroformavimo ir hidrogelio nešiklio technologiją, siekdami užtikrinti, kad mikroadatos matrica išlaikytų pradūrimo galimybę, kartu išlaikant puikų lankstumą, kad būtų išvengta odos pažeidimų. Paviršius buvo apdorotas MXene medžiaga, leidžiančia kontroliuoti laidžiojo sluoksnio storį ir pasiekti struktūrinį stabilumą ir aukštas signalo fiksavimo galimybes.
Signalo tikrinimo fazės metu komanda pritaikė elektrodą bendrai smegenų{0}}kompiuterio sąsajos paradigmai: pastovios būsenos vizualiniam sužadintam potencialui (SSVEP). SSVEP šiuo metu yra vienas stabiliausių ir tiksliausių signalo šaltinių ne-invaziniuose BCI ir plačiai naudojamas tokiuose scenarijuose kaip rašybos įvestis ir roboto valdymas. Bandymo rezultatai parodė, kad šis mikroadatinis elektrodas pasiekė panašų SSVEP signalo gavimo tikslumą su tradiciniais gelio elektrodais ir netgi veikė stabiliau triukšmingoje aplinkoje ir minimaliai judant.
Pažymėtina, kad tyrimo grupė taip pat įvertino elektrodo suderinamumą su magnetinio rezonanso tomografija (MRT), nerado jokių reikšmingų artefaktų ar nenormalaus šildymo dideliuose magnetiniuose laukuose, o tai rodo, kad jis gali būti naudojamas ateityje sinchronizuotam EEG gavimui atliekant klinikinį smegenų funkcinį vaizdą. Be to, biologinio suderinamumo tyrimai parodė, kad ilgalaikis dėvėjimas nesukelia uždegimo ar odos reakcijų, todėl tinka kasdieniam ar nuolatiniam klinikiniam stebėjimui.
Ⅲ. Nauja pradžia link „nulinio{1}}jutiklio“ BCI
Didžiausia šio tyrimo reikšmė slypi proveržyje tarp komforto ir našumo tradiciniuose EEG elektroduose{0}}. Sujungus aukštą MXene medžiagų laidumą su mikroadatos struktūros skvarbiomis savybėmis, šis elektrodas užtikrina aukštos-kokybės,- ilgalaikį EEG gavimą, nereikalaujant gelio, taip padedant BCI įrenginiams iš tikrųjų patekti į „dėvimų“ erą.
Ateityje numatome, kad šie mikroadatiniai elektrodai bus integruoti su belaidžio ryšio moduliais, miniatiūriniais stiprintuvais ir DI lustais, kad būtų sukurta „plug{0}}and-play brain-kompiuterinė sistema, integruota į kasdienį gyvenimą kaip išmanusis laikrodis. Be to, jis taip pat gali būti naudojamas įvairioms medicinos reikmėms, įskaitant neuroreabilitaciją, įspėjimą apie epilepsiją ir miego stebėjimą. Smegenų-kompiuterių sąsajų pramonei tai reiškia, kad „paskutinė mylia“ nuo laboratorijos iki rinkos įveikiama.