研究人員開發出一種液體墨水，可直接印在頭皮上監測大腦活動，為傳統腦電圖裝置提供了一種侵入性較低的替代方法。這種墨水能夠製作電子紋身，準確追蹤腦電波並長時間保持連接。 這些創新將大大改變腦機介面技術的應用，使用戶使用起來更加舒適和有效率。

科學家開發的一種新型液體墨水可以作為電子紋身印在頭皮上，從而有效測量大腦活動，為傳統腦電圖提供了一種舒適的替代方法。 圖片來源：Nanshu Lu

科學家首次開發出突破性的液體墨水，可以直接印在病人的頭皮上監測大腦活動。 這項創新技術於12月2日發表在《細胞生物材料》（Cell Biomaterials）雜誌上，它為追蹤腦電波和診斷神經系統疾病提供了一種比傳統方法更簡單、更有效的替代方法。 它也為推動非侵入性腦機介面技術的發展帶來了重大希望。

“我們在感測器設計、生物相容墨水和高速列印方面的創新為未來在人體上製造電子紋身感測器鋪平了道路，在臨床內外都有廣泛的應用，”共同通訊作者、德克薩斯大學奧斯汀分校研究員Nanshu Lu 說。

腦電圖（EEG）是診斷癲癇發作、腦腫瘤、癲癇和腦損傷等各種神經系統疾病的重要工具。 在傳統的腦電圖測試中，技術人員會用尺子和鉛筆測量患者的頭皮，在十幾個點上做標記，然後粘上電極，電極通過長線連接到數據採集機，以監測患者的大腦活動。 這種設定既費時又繁瑣，許多病人會感到不舒服，因為他們必須在腦電圖測試中坐上幾個小時。

盧和她的團隊一直致力於開發從人體皮膚表面追蹤身體訊號的小型感測器，這種技術稱為電子紋身（e-tattoos）。 科學家將電子紋身應用於胸部以測量心臟活動，應用於肌肉以測量疲勞程度，甚至應用於腋下以測量汗液成分。

過去，電子紋身通常先印在一層薄薄的黏合材料上，然後再轉印到皮膚上，但這只對沒有毛髮的部位有效。 “設計與多毛皮膚相容的材料一直是電子紋身技術的挑戰，”Lu 說。 為了克服這個難題，研究小組設計了一種由導電聚合物製成的液體墨水。 這種墨水可以穿過頭髮到達頭皮，一旦乾燥，它就可以作為薄膜感測器工作，透過頭皮捕捉大腦活動。 “

透過電腦演算法，研究人員可以設計出病人頭皮上的腦電圖電極點。 然後，他們使用數位控制噴墨印表機在斑點上噴上一層薄薄的電子紋身墨水。 研究人員說，這個過程很快，無需接觸，患者也不會感到不適。

研究小組在五名短髮參與者的頭皮上印製了電子紋身電極。 他們還在電子紋身旁邊安裝了傳統的腦電圖電極。 研究團隊發現，電子紋身在檢測腦波方面的表現相當出色，噪音極小。

六小時後，傳統電極上的凝膠開始變乾。 超過三分之一的電極無法接收任何訊號，儘管大多數剩餘電極與皮膚的接觸減少，導致訊號偵測的準確性降低。 而電子紋身電極則在至少24 小時內顯示出穩定的連接性。

此外，研究人員還調整了墨水的配方，印製了從電極一直延伸到頭部底部的電子紋身線，以取代標準腦電圖測試中使用的電線。 “加州大學洛杉磯分校的共同通訊作者何西敏（Ximin He）說：”這種調整使印刷線能夠傳導信號，而不會沿途接收新的信號。

研究團隊隨後將紋身之間更短的物理電線連接到一個收集腦電波數據的小型設備上。 研究團隊表示，今後他們計劃在電子紋身中嵌入無線數據發射器，以實現完全無線的腦電圖過程。

德克薩斯大學奧斯汀分校的共同通訊作者何塞-米蘭（José Millán）說：”我們的研究有可能徹底改變非侵入式腦機介面設備的設計方式。腦機介面設備的工作原理是記錄與語言或運動等功能相關的大腦活動，並利用這些活動控制外部設備，而無需移動肌肉。

目前，這些設備通常需要一個大型頭戴，使用起來非常麻煩。 米蘭說，電子紋身有可能取代外部設備，將電子元件直接印在病人的頭上，使腦機介面技術更容易取得。

編譯自/ ScitechDaily