图片

脑电图（EEG）由于其非侵入性的脾气，在临床医学和脑机接口（BCI）中得到了鄙俚的考虑。其中，用于索要脑电信号的脑电传感器是神经反应和脑机接口的要津元件。然而，当今市面常见的商用干电极和湿电极仍然存在一定弱势，举例干电极的高搏斗阻抗以及爪式情势追随的痛感、湿电极过于复杂的准备和清洗经过，这些问题的存在极地面截止了BCI系统的实践擢升。

图片

近期，半导体所裴为华考虑团队额外合营者诱骗了一种预置式的水凝胶（PreG）电极，关持续洽后果发表于神经科学领域TOP期刊IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering（2022， 30， 834）。PreG电极与传统湿式电极比较，优点是佩带便捷快捷，使用后无需清洁头发和电极，散漫肠好。在佩带EEG头带之前，水凝胶电极是被提前放手在Ag/AgCl电极之上，而不是在佩带头带后进行耗时的导电膏打针。这种PreG电极的阻抗不错责怪到50 kΩ致使更低。与湿电极为对照组进行的BCI欺诈实验末端标明，在基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的40主张打字系统中，使用PreG电极和湿电极的分类精度和信息传输率（ITR）莫得显赫相反。这款水凝胶电极当今如故已毕边界化的分娩与生意化销售欺诈，配套使用的脑电头带和脑电帽均已诱骗完成。

这种水凝胶电极组分和分娩工艺浅易。水凝胶主要由以下身分构成：卡拉胶、保水剂、导电盐和去离子水。该工艺主要包括以下方法：最初，将原料按比例称量，将保水剂加入卡拉胶中，充分搅动搀和均匀，得到搀和物A；其次，将NaCl导电盐加入去离子水中，加热至搅动融化，得到搀和物B；第三，将搀和物A加入搀和物B中，加热搅动搀和均匀，得到液态水凝胶材料；终末，将水凝胶材料倒入模具中。冷却后，得到无数目制备的柔性弹性水凝胶锥体。

图片

图1：PreG电极暗示和什物图

如图1(a)所示，PreG电极主要由两部分构成：第一部分Ag/AgCl电极和第二部分水凝胶电极。3D打印碗状外壳和盖子主如果用于封装水凝胶电极和Ag/AgCl电极，其中，烧结的Ag/AgCl电极灌封在盖子上。电极盖子和外壳不错重叠掀开和拧紧以更换水凝胶电极，制作的水凝胶电极和PreG电极如图1(b)所示。通过在外壳周围预留了一个稀奇的环形槽，不错将PreG电极放松地安设在 EEG头带上，如图1(c)所示。

图片

图2：PreG电极与湿电极阻抗性能对比

尽管PreG电极的平均阻抗高于湿电极，然而其最高阻抗不跨越100kΩ，如图2(a)中十名受试者的PreG电极和湿电极的平均阻抗所示。此外，PreG电极的阻抗在一定时刻内呈着落趋势，评释PreG电极润湿头发和头皮的时刻比湿电极长。此外，长发或浓密的头发比短发需要更多的时刻来润湿。因此，最佳在放手 PreG 电极之前将头发拨开，以责怪阻抗和镌汰稳按时。阻抗随时刻的进一步变化标明，PreG电极不错保合手低阻抗至少4小时，知足基本的BCI欺诈场景，如图2(b)。

图片

图3：水凝胶电极与干电极对比

与硬质干电极比较，水凝胶电极具有高超的弹性和柔韧脾气，赋予了被试更散漫的佩带嗅觉。如图3(a)所示，左侧水凝胶电极处于1N压力下，中间是重叠按压（1N，6s按压，6s毁坏）30次后的水凝胶电极，与右侧的原始水凝胶电极比较，莫得不雅察到彰着的变形。图3(c)和图3(d)展示了猪皮和水凝胶电极在0.25N的力下2小时后的变形。尽管干电极和水凝胶电极皆会在猪皮上留住压痕，关联词获利于水凝胶电极的柔韧性，当它被压在猪皮上时会发生形变增大搏斗面积，从而灵验责怪电极受压给头皮带来的压力强度。

图片

图4：实验中所用的基于40个主张刺激接口的SSVEP的BCI系统

为了进一步表征PreG电极的脑电信号索要性能，考虑者还对比了PreG电极和湿电极在图4展示的基于40个主张刺激接口的SSVEP的BCI系统中的推崇。

图片

图5：PreG电极和湿电极的准确率对比

图片

图6：PreG电极和湿电极功率密度和信噪比对比

SSVEP的实验末端标明PreG电极和湿电极的平中分类正确率和ITR趋势调换，两个电极之间的平中分类正确率 (p = 0.0744) 和ITR (p = 0.066) 莫得较着相反。

图片

图7：受试对PreG电极和湿电极的评价对比

通过对受试的问卷打听标明：尽管90%的受试者合计湿电极比PreG电极更散漫， 然而70%的受试者合计PreG电极也很散漫。在笼统筹商散漫肠和便利性的情况下，80%的受试者倾向于聘请PreG电极，因为PreG电极在头发上基本莫得残留，问卷末端如图7所示。

东说念主物简介：

图片

裴为华博士，中国科学院半导体考虑所考虑员，博士生导师。2005年毕业于中科院半导体所，2005-2008年在清华大学生物医学工程系和德国马普微结构与物理考虑所作念博士后考虑。连年来主要通过微纳加和名义功能修饰，考虑高灵巧、高信噪比的植入式神经微电极传感阵列器件及脑电电极器件，考虑知足生物在体环境下使用的传感器件的制备工艺，探索和诱骗新的电生理信号传感结构和微加工技能。在国表里发表关联论文50余篇，授权发明专利11项。

（https://people.ucas.ac.cn/~peiweihua）亚洲色图 中文字幕