脑电图（EEG）监测的未来，或许将变得如一根头发般纤细。宾夕法尼亚州立大学的一支研究团队发明了一种仿若发丝的装置，能够长期、非侵入式地监测脑电活动，有望取代传统的金属电极、电线网和粘合剂。这种轻盈柔韧的电极可直接贴附在头皮上，持续提供稳定而高质量的脑电信号记录。

脑电图在诊断癫痫、脑损伤等神经系统疾病方面至关重要。某些情况下，临床医生需要长时间监测脑电波，例如在评估癫痫发作、睡眠障碍，或是影响脑血管和脑部血流的疾病时。

在《npj Biomedical Innovations》杂志发表的一项研究中，研究人员介绍了这种新型电极，实验表明其在连续佩戴超过24小时的情况下仍能保持稳定性能。研究人员指出，这项技术除了临床应用之外，还具有进入消费级健康设备市场的潜力。

研究人员表示他们开发的这种电极可以更一致、更可靠地监测脑电图信号，而且佩戴时几乎无感，大大提升了功能性和佩戴舒适度。

用于从多毛头皮进行稳定慢性脑电图记录的生物粘附毛发状电极示意图

b 毛发状电极（左）和人的头发（右）的照片（比例尺-5 毫米）。c （i）放置在头皮上的毛发状电极的照片。（ii）由于其仿生的自然外观，该设备在头皮上是看不见的。d 毛发状电极在不同条件下的稳定粘附：运动前（i）和运动后（ii）的毛发状电极，显示了该设备在头皮出汗时的稳定性（比例尺-5 毫米）。（iii）承受戴帽子并发症的能力。（iv）在摘下帽子时稳定地停留在头皮上（比例尺-10 毫米）。（v 和 vi）设备承受用手梳理头发时施加的力（比例尺-5 毫米）。e 毛发状设备有不同的发色，可以与各种发质无缝结合，而不会产生外观差异（比例尺-5 毫米）。

研究人员解释道，脑电图是记录大脑电活动的常用方法。传统方式需将小型金属电极置于头皮上，以接收脑细胞释放的微弱电脉冲。电极通过电线连接到仪器，该仪器将脑电活动以波形形式呈现。

然而，传统脑电图监测过程通常繁琐甚至混乱，其局限性使得长期、持续监测变得困难。

为获得清晰的脑电信号，电极必须与头皮紧密贴合。若电极与皮肤或头发之间存在缝隙，便会影响信号质量。因此，临床人员需在头皮上涂抹导电凝胶以确保良好接触，但凝胶可能导致部分人出现皮肤刺激。

此外，这一过程耗时且不够精准。凝胶干燥后需重新涂抹，而每次涂抹的凝胶量难以保持一致，进而影响电极与头皮之间的阻抗和信号质量。

研究人员表示：“即使电极位置稍有偏移，监测到的脑信号也可能发生变化，而且我们人类并不总是能将电极放在完全相同的位置。”

传统电极还存在刚性强的问题，哪怕头部轻微活动，也可能导致电极移位，影响数据一致性。

毛发状电极的印刷及其稳定性、电学和机械性能的表征

为解决这些问题，研究团队设计了一种微型监测装置，看上去如同一根头发，由3D打印的水凝胶材料制成。装置一端为电极，呈小点状，用于采集头皮上的脑电信号，另一端为细长的线状连接部分，用于与监测系统连接。

该装置采用3D打印的生物粘附墨水，使电极能直接粘附于头皮，无需涂抹任何粘稠凝胶或进行其他皮肤准备。这不仅减少了电极与头皮之间的缝隙，也提升了信号质量。装置本身轻巧、柔软且可拉伸，即使在梳头或戴帽过程中也能保持原位，适用于长时间佩戴和监测。

研究团队发现，该装置在性能上可与传统的金电极媲美，且其与皮肤之间的接触更为稳定。在连续佩戴超过24小时后，信号质量仍未出现下降。此外，由于不需要频繁拆装，数据的一致性得以保障。

使用毛发状电极进行慢性脑电图记录。在佩戴发状电极0、6、12、24小时后分别记录闭眼模式(a)和睁眼模式(b)的脑电图信号。图中闭眼状态(a) 10 Hz时可见峰值，睁眼状态(b)无峰值。

由于电极不会移位，无需担心其位置或阻抗变化带来的影响。

与传统金属电极不同，新型电极仿照人类头发的形态设计，佩戴时几乎难以察觉。由于该设备由3D打印制造，研究人员还能根据使用者的发色定制电极颜色，从而实现更好的隐蔽性。

研究人员补充说：“这让它更隐形，佩戴者也更舒适，尤其适用于需要长期、持续进行脑电监测的场景。”

目前，脑电图仪仍采用有线连接，患者在记录脑活动时需接入设备。未来，研究人员希望实现系统的无线化，让使用者在监测过程中能够更加自由地活动。

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