腦電圖（EEG）監測的未來，或許將變得如一根頭發般纖細。賓夕法尼亞州立大學的一支研究團隊發明了一種仿若發絲的裝置，能夠長期、非侵入式地監測腦電活動，有望取代傳統的金屬電極、電線網和粘合劑。這種輕盈柔韌的電極可直接貼附在頭皮上，持續提供穩定而高質量的腦電信號記錄。

腦電圖在診斷癲癇、腦損傷等神經系統疾病方面至關重要。某些情況下，臨床醫生需要長時間監測腦電波，例如在評估癲癇發作、睡眠障礙，或是影響腦血管和腦部血流的疾病時。

在《npj Biomedical Innovations》雜志發表的一項研究中，研究人員介紹了這種新型電極，實驗表明其在連續佩戴超過24小時的情況下仍能保持穩定性能。研究人員指出，這項技術除了臨床應用之外，還具有進入消費級健康設備市場的潛力。

研究人員表示他們開發的這種電極可以更一致、更可靠地監測腦電圖信號，而且佩戴時幾乎無感，大大提升了功能性和佩戴舒適度。

用于從多毛頭皮進行穩定慢性腦電圖記錄的生物粘附毛發狀電極示意圖

b 毛發狀電極（左）和人的頭發（右）的照片（比例尺-5 毫米）。c （i）放置在頭皮上的毛發狀電極的照片。（ii）由于其仿生的自然外觀，該設備在頭皮上是看不見的。d 毛發狀電極在不同條件下的穩定粘附：運動前（i）和運動后（ii）的毛發狀電極，顯示了該設備在頭皮出汗時的穩定性（比例尺-5 毫米）。（iii）承受戴帽子并發癥的能力。（iv）在摘下帽子時穩定地停留在頭皮上（比例尺-10 毫米）。（v 和 vi）設備承受用手梳理頭發時施加的力（比例尺-5 毫米）。e 毛發狀設備有不同的發色，可以與各種發質無縫結合，而不會產生外觀差異（比例尺-5 毫米）。

研究人員解釋道，腦電圖是記錄大腦電活動的常用方法。傳統方式需將小型金屬電極置于頭皮上，以接收腦細胞釋放的微弱電脈沖。電極通過電線連接到儀器，該儀器將腦電活動以波形形式呈現。

然而，傳統腦電圖監測過程通常繁瑣甚至混亂，其局限性使得長期、持續監測變得困難。

為獲得清晰的腦電信號，電極必須與頭皮緊密貼合。若電極與皮膚或頭發之間存在縫隙，便會影響信號質量。因此，臨床人員需在頭皮上涂抹導電凝膠以確保良好接觸，但凝膠可能導致部分人出現皮膚刺激。

此外，這一過程耗時且不夠精準。凝膠干燥后需重新涂抹，而每次涂抹的凝膠量難以保持一致，進而影響電極與頭皮之間的阻抗和信號質量。

研究人員表示：“即使電極位置稍有偏移，監測到的腦信號也可能發生變化，而且我們人類并不總是能將電極放在完全相同的位置。”

傳統電極還存在剛性強的問題，哪怕頭部輕微活動，也可能導致電極移位，影響數據一致性。

毛發狀電極的印刷及其穩定性、電學和機械性能的表征

為解決這些問題，研究團隊設計了一種微型監測裝置，看上去如同一根頭發，由3D打印的水凝膠材料制成。裝置一端為電極，呈小點狀，用于采集頭皮上的腦電信號，另一端為細長的線狀連接部分，用于與監測系統連接。

該裝置采用3D打印的生物粘附墨水，使電極能直接粘附于頭皮，無需涂抹任何粘稠凝膠或進行其他皮膚準備。這不僅減少了電極與頭皮之間的縫隙，也提升了信號質量。裝置本身輕巧、柔軟且可拉伸，即使在梳頭或戴帽過程中也能保持原位，適用于長時間佩戴和監測。

研究團隊發現，該裝置在性能上可與傳統的金電極媲美，且其與皮膚之間的接觸更為穩定。在連續佩戴超過24小時后，信號質量仍未出現下降。此外，由于不需要頻繁拆裝，數據的一致性得以保障。

使用毛發狀電極進行慢性腦電圖記錄。在佩戴發狀電極0、6、12、24小時后分別記錄閉眼模式(a)和睜眼模式(b)的腦電圖信號。圖中閉眼狀態(a) 10 Hz時可見峰值，睜眼狀態(b)無峰值。

由于電極不會移位，無需擔心其位置或阻抗變化帶來的影響。

與傳統金屬電極不同，新型電極仿照人類頭發的形態設計，佩戴時幾乎難以察覺。由于該設備由3D打印制造，研究人員還能根據使用者的發色定制電極顏色，從而實現更好的隱蔽性。

研究人員補充說：“這讓它更隱形，佩戴者也更舒適，尤其適用于需要長期、持續進行腦電監測的場景。”

目前，腦電圖儀仍采用有線連接，患者在記錄腦活動時需接入設備。未來，研究人員希望實現系統的無線化，讓使用者在監測過程中能夠更加自由地活動。

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