直接印在头皮上的临时纹身为测量脑电波提供了简单有效的新方法

科学家首次发明了一种液体墨水，医生可以将其打印到病人的头皮上，以测量大脑活动。这项技术发表在12月2日的《细胞出版社》杂志《细胞生物材料》上，为目前用于监测脑电波和诊断神经系统疾病的繁琐过程提供了一种有希望的替代方法。它还具有增强非侵入性脑机接口应用的潜力。

　　

科学家首次发明了一种液体墨水，医生可以将其打印到病人的头皮上，以测量大脑活动。这项技术发表在12月2日的《细胞出版社》（Cell Press）杂志《细胞生物材料》（Cell Biomaterials）上，为目前用于监测脑电波和诊断神经系统疾病的繁琐过程提供了一种有希望的替代方法。它还具有增强非侵入性脑机接口应用的潜力。

“我们在传感器设计、生物相容性墨水和高速打印方面的创新为未来电子纹身传感器的身体制造铺平了道路，在临床内外都有广泛的应用，”该论文的共同通讯作者、德克萨斯大学奥斯汀分校的卢南舒说。

脑电图（EEG）是诊断各种神经系统疾病的重要工具，包括癫痫发作、脑肿瘤、癫痫和脑损伤。在传统的脑电图测试中，技术人员用尺子和铅笔测量病人的头皮，标出十几个点，然后粘上电极，电极通过长导线连接到数据收集机上，以监测病人的大脑活动。这种设置既耗时又繁琐，而且对许多患者来说可能不舒服，他们必须坐上几个小时完成脑电图测试。

Lu和她的团队一直在开发一种小型传感器，这种传感器可以追踪来自人体皮肤表面的身体信号，这种技术被称为电子纹身。科学家们已经将电子纹身应用于胸部以测量心脏活动，将电子纹身应用于肌肉以测量疲劳程度，甚至将电子纹身应用于腋下以测量汗液成分。

在过去，电子纹身通常是在转移到皮肤上之前打印在一层薄薄的粘性材料上，但这只对无毛区域有效。

“设计与多毛皮肤兼容的材料一直是电子纹身技术的一个挑战，”卢说。为了克服这个问题，该团队设计了一种由导电聚合物制成的液体墨水。这种墨水可以穿过头发到达头皮，干燥后，它就像薄膜传感器一样，通过头皮捕捉大脑活动。

利用计算机算法，研究人员可以在病人的头皮上设计脑电图电极的位置。然后，他们使用一台数字控制的喷墨打印机将一层薄薄的电子纹身墨水喷到斑点上。研究人员说，这个过程很快，不需要接触，也不会给病人带来不适。

研究小组将电子纹身电极打印到5名短发参与者的头皮上。他们还在电子纹身旁边安装了传统的脑电图电极。研究小组发现，电子纹身在以最小噪音检测脑电波方面表现相当好。

六小时后，传统电极上的凝胶开始变干。超过三分之一的电极没有接收到任何信号，尽管大多数剩余的电极减少了与皮肤的接触，导致信号检测的准确性降低。另一方面，电子纹身电极显示出至少24小时的稳定连接。

此外，研究人员还调整了墨水的配方，打印出从电极延伸到头部底部的电子纹身线，以取代标准脑电图测试中使用的电线。加州大学洛杉矶分校的贺希敏（Ximin He）说：“这种调整允许印刷导线在不接收新信号的情况下传导信号。”

然后，研究小组在纹身之间连接了更短的物理电线，连接到一个收集脑电波数据的小设备上。该团队表示，未来他们计划在电子纹身中嵌入无线数据发射器，以实现完全无线的脑电图过程。

“我们的研究可能会彻底改变非侵入性脑机接口设备的设计方式，”脑机接口设备的工作原理是记录大脑与某种功能相关的活动，比如说话或运动，并利用它们来控制外部设备，而无需移动肌肉。目前，这些设备通常需要一个大的耳机，使用起来很麻烦。Millán表示，电子纹身有可能取代外部设备，并将电子设备直接打印到患者的头上，使脑机接口技术更容易获得。