Nature Communications | 脑机接口新进展！清华大学柔性电子技术实验室在耳内柔性三维神经电子领域取得重要进展

7月14日，清华大学柔性电子技术实验室冯雪教授课题组与医学院高小榕教授课题组合作，在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上在线发表了题为“用于视觉和听觉脑机接口的入耳式共形生物电子器件”（Conformal in-ear bioelectronics for visual and auditory brain-computer interfaces）的研究成果。该论文提出了一种耳内的柔性三维附壁攀爬神经电子器件，开展了基于稳态视觉诱发电位和鸡尾酒会效应的视觉及听觉脑机接口（BCI）研究，展示了其在神经脑科学领域的广阔应用前景。

精准、实时连续获取脑电信号在人机混合智能、临床脑疾病诊治等领域具有重要的意义。然而，颅骨的存在影响了脑电信号的获取，外耳道的腔道有望削弱颅骨对脑电信号的衰减作用，且所受运动干扰低，可更加有效地记录颞叶、顶叶及枕叶等脑区的神经活动。

外耳道内部蜿蜒曲折的几何形貌以及因人而异的特点，对力学、材料、界面及电子器件的设计提出极高的挑战；此外，实现耳内脑电信号的连续监测而不影响听觉信息的正常传导也对电子器件的形态提出极高的挑战。研究人员基于柔性电子器件可与神经界面共形集成的特点，发展了一种自适应、自支撑的耳内柔性三维附壁攀爬神经电子器件，解决了上述挑战。该器件以小螺旋的构型深入外耳道，在电热驱动下膨胀并变形为预设大螺旋构型，受到耳道内壁的约束后自适应地贴合于耳道内表面。其模量可调节的特性平衡了外耳道的生理敏感同信号采集所需界面稳定的矛盾，形态可重构的特性解决了传统支撑物需量身定制的难题，同时其中空的结构不影响受试者与外界的沟通与交流，为开发适用于三维复杂表面/结构的柔性电子器件提供了崭新的思路。

图1. 耳内柔性三维附壁攀爬神经电子器件

研究人员基于该器件分别开展了基于稳态视觉诱发电位的视觉BCI和基于鸡尾酒会效应的听觉BCI研究，验证了器件在EEG-BCI中的独特优势，提升了BCI的易用性与泛用性，推动了可穿戴BCI的发展，为揭示自然场景下听觉注意机制带来重要的启示。

图2.视觉和听觉BCI研究