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脑电图（EEG）由于其非侵入性的特色，在临床医学和脑机接口（BCI）中得到了平日的计议。其中，用于索求脑电信号的脑电传感器是神经响应和脑机接口的要道元件。但是，现在市面常见的商用干电极和湿电极仍然存在一定颓势，举例干电极的高构兵阻抗以及爪式神气奉陪的痛感、湿电极过于复杂的准备和清洗经由，这些问题的存在极地面末端了BCI系统的施行提高。

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近期，半导体所裴为华计议团队过甚合营者树立了一种预置式的水凝胶（PreG）电极，相关计议后果发表于神经科学边界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拟，优点是指挥便捷快捷，使用后无需清洁头发和电极，容许肠好。在指挥EEG头带之前，水凝胶电极是被提前摈弃在Ag/AgCl电极之上，而不是在指挥头带后进行耗时的导电膏打针。这种PreG电极的阻抗不错申斥到50 kΩ以致更低。与湿电极为对照组进行的BCI欺诈实验闭幕标明，在基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的40成见打字系统中，使用PreG电极和湿电极的分类精度和信息传输率（ITR）莫得显赫各异。这款水凝胶电极现在依然杀青限制化的分娩与营业化销售欺诈，配套使用的脑电头带和脑电帽均已树立完成。

这种水凝胶电极组分和分娩工艺肤浅。水凝胶主要由以下要素构成：卡拉胶、保水剂、导电盐和去离子水。该工艺主要包括以下才略：领先，将原料按比例称量，将保水剂加入卡拉胶中，充分搅动夹杂均匀，得到夹杂物A；其次，将NaCl导电盐加入去离子水中，加热至搅动溶化，得到夹杂物B；第三，将夹杂物A加入夹杂物B中，加热搅动夹杂均匀，得到液态水凝胶材料；临了，将水凝胶材料倒入模具中。冷却后，得到多数目制备的柔性弹性水凝胶锥体。

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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若是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通达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电极平淡地装配在 EEG头带上，如图1(c)所示。

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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，但是其最高阻抗不向上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，泰国按摩群PreG电极的阻抗在一定时候内呈着落趋势，诠释PreG电极润湿头发和头皮的时候比湿电极长。此外，长发或浓密的头发比短发需要更多的时候来润湿。因此，最佳在摈弃 PreG 电极之前将头发拨开，以申斥阻抗和缩小稳按期。阻抗随时候的进一步变化标明，PreG电极不错保握低阻抗至少4小时，满足基本的BCI欺诈场景，如图2(b)。

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图3：水凝胶电极与干电极对比

与硬质干电极比拟，水凝胶电极具有直爽的弹性和柔韧脾气，赋予了被试更容许的指挥嗅觉。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松懈）30次后的水凝胶电极，与右侧的原始水凝胶电极比拟，莫得不雅察到明显的变形。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齐会在猪皮上留住压痕，但是收成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构兵面积，从而灵验申斥电极受压给头皮带来的压力强度。

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图4：实验中所用的基于40个成见刺激接口的SSVEP的BCI系统

为了进一步表征PreG电极的脑电信号索求性能，计议者还对比了PreG电极和湿电极在图4展示的基于40个成见刺激接口的SSVEP的BCI系统中的发达。

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图5：PreG电极和湿电极的准确率对比

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图6：PreG电极和湿电极功率密度和信噪比对比

SSVEP的实验闭幕标明PreG电极和湿电极的平平分类正确率和ITR趋势疏浚，两个电极之间的平平分类正确率 (p = 0.0744) 和ITR (p = 0.066) 莫得显着各异。

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图7：受试对PreG电极和湿电极的评价对比

通过对受试的问卷拜谒标明：尽管90%的受试者合计湿电极比PreG电极更容许， 但是70%的受试者合计PreG电极也很容许。在轮廓研讨容许肠和便利性的情况下，80%的受试者倾向于选择PreG电极，因为PreG电极在头发上基本莫得残留，问卷闭幕如图7所示。

东说念主物简介：

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裴为华博士，中国科学院半导体计议所计议员，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计议所作念博士后计议。连年来主要通过微纳加和名义功能修饰，计议高聪慧、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，计议满足生物在体环境下使用的传感器件的制备工艺，探索和树立新的电生理信号传感结构和微加工时代。在国表里发表相关论文50余篇，授权发明专利11项。

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