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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）中得到了无为的盘问。其中，用于提真金不怕火脑电信号的脑电传感器是神经反应和脑机接口的重要元件。然而，现在市面常见的商用干电极和湿电极仍然存在一定劣势，举例干电极的高交易阻抗以及爪式容颜陪伴的痛感、湿电极过于复杂的准备和清洗历程，这些问题的存在极地面放荡了BCI系统的实行升迁。

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近期，半导体所裴为华盘问团队偏激调解者树立了一种预置式的水凝胶（PreG）电极，有关盘问后果发表于神经科学畛域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，优点是带领通俗快捷，使用后无需清洁头发和电极，满足肠好。在带领EEG头带之前，水凝胶电极是被提前摒弃在Ag/AgCl电极之上，而不是在带领头带后进行耗时的导电膏打针。这种PreG电极的阻抗不错诽谤到50 kΩ以致更低。与湿电极为对照组进行的BCI左右施行扫尾标明，在基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的40贪图打字系统中，使用PreG电极和湿电极的分类精度和信息传输率（ITR）莫得权臣各异。这款水凝胶电极现在一经收场限度化的出产与买卖化销售左右，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出产工艺或然。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调：率先，将原料按比例称量，将保水剂加入卡拉胶中，充分搅动羼杂均匀，得到羼杂物A；其次，将NaCl导电盐加入去离子水中，加热至搅动溶化，得到羼杂物B；第三，将羼杂物A加入羼杂物B中，加热搅动羼杂均匀，得到液态水凝胶材料；终末，将水凝胶材料倒入模具中。冷却后，得到大皆量制备的柔性弹性水凝胶锥体。

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图1：PreG电极浮现和什物图

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淌若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叠加翻开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出奇的环形槽，不错将PreG电极减轻地装配在 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，然而其最高阻抗不跨越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，PreG电极的阻抗在一定时辰内呈下落趋势，证据PreG电极润湿头发和头皮的时辰比湿电极长。此外，长发或浓密的头发比短发需要更多的时辰来润湿。因此，最佳在摒弃 PreG 电极之前将头发拨开，以诽谤阻抗和镌汰稳依期。阻抗随时辰的进一步变化标明，PreG电极不错保握低阻抗至少4小时，称心基本的BCI左右场景，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，水凝胶电极具有邃密的弹性和柔韧秉性，赋予了被试更满足的带领嗅觉。如图3(a)所示，左侧水凝胶电极处于1N压力下，中间是叠加按压（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，莫得不雅察到较着的变形。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皆会在猪皮上留住压痕，筹谋词成绩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交易面积，从而有用诽谤电极受压给头皮带来的压力强度。

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图4：施行中所用的基于40个贪图刺激接口的SSVEP的BCI系统

为了进一步表征PreG电极的脑电信号提真金不怕火性能，盘问者还对比了PreG电极和湿电极在图4展示的基于40个贪图刺激接口的SSVEP的BCI系统中的表现。

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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的施行扫尾标明PreG电极和湿电极的平平分类正确率和ITR趋势一样，两个电极之间的平平分类正确率 (p = 0.0744) 和ITR (p = 0.066) 莫得显然各异。

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图7：受试对PreG电极和湿电极的评价对比

通过对受试的问卷访问标明：尽管90%的受试者以为湿电极比PreG电极更满足， 然而70%的受试者以为PreG电极也很满足。在笼统计划满足肠和便利性的情况下，80%的受试者倾向于遴荐PreG电极，因为PreG电极在头发上基本莫得残留，问卷扫尾如图7所示。

东谈主物简介：

11ABCD

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裴为华博士，中国科学院半导体盘问所盘问员，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盘问所作念博士后盘问。连年来主要通过微纳加和名义功能修饰，盘问高聪惠、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，盘问称心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刻。在国表里发表有关论文50余篇，授权发明专利11项。

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