伴隨著無線技術、放大技術及集成電路不斷地進步，腦電信號的采集和應用在可穿戴、腦信號溯源、疾病診斷、人機交互、醫(yī)療健康等領域具有巨大的應用潛力。

無創(chuàng)地從人體表面采集高質量的腦電信號一直是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。開發(fā)一種便攜、穩(wěn)定的腦電傳感器用于獲取高質量的腦電信號成為很多研究機構和企業(yè)孜孜不倦追求的目標。

在體外無創(chuàng)式腦電傳感器的研發(fā)領域，江蘇省產業(yè)技術研究院腦機融合智能技術研究所(簡稱“集萃腦機所")走在了行業(yè)的前端。這家研究所成立于2019年7月，是一家專注于為教育娛樂、醫(yī)療健康、安防等行業(yè)，提供技術領先的腦機融合智能技術關鍵模塊和解決方案的研發(fā)型企業(yè)，其中神經(jīng)電極傳感器是其研發(fā)攻克難關的重點之一。

3月29日，在深圳國際傳感器與應用技術展覽會現(xiàn)場，感知芯視界對集萃腦機所神經(jīng)電極傳感器研發(fā)中心負責人章祥先生進行了采訪。這次他為了我們帶來了最新推出的64導全腦便攜式腦電帽，分享了體外式腦電傳感器的技術發(fā)展情況以及未來前景。

江蘇省產業(yè)技術研究院腦機融合智能技術研究所神經(jīng)電極傳感器研發(fā)中心負責人章祥

據(jù)介紹，章祥先生主要從事體外式腦電傳感器材料的研發(fā)，研究所團隊熟悉電極相關的傳感材料和腦電采集的后端數(shù)據(jù)處理和應用，能夠快速打通相關技術環(huán)節(jié)，突破技術瓶頸。

此外，章祥先生還擔任集萃腦機所的孵化企業(yè)蘇州意憶計科技有限公司（下文簡稱“意憶計 ”）的總經(jīng)理。意憶計主要從事腦電、生物電在體傳感技術、材料及器件的研發(fā)，提供腦電傳感器的產品以及定制化技術服務。其中，便捷式凝膠腦電電極和配套產品處于行業(yè)領先水平，并已實現(xiàn)產業(yè)化應用，并連續(xù)兩年成為世界機器人大賽腦機接口比賽的供應商，受到研究人員的廣泛好評。

以下是專訪對話內容：

專注腦電傳感器 技術實力走在國際前列

Q：感謝您接受感知芯視界的專訪，請您介紹一下您的研究方向和企業(yè)專注的領域？

章祥：我主要負責體外式神經(jīng)電極傳感器的研發(fā)和制作。蘇州意憶計科技專注于腦電信號采集傳感器，我們即將推出一款64導便攜式凝膠腦電帽。

腦電信號的采集的第一步是將腦電電極材料貼在人的腦袋上，采集生物電信號，經(jīng)后端放大器、軟件算法進行處理后，進行一系列的場景應用。

目前市面上主流的腦電信號采集傳感器采用濕電極法，需要用針管注射導電膏，導電膏中的氯、鉀、鈉等離子擴散進入人體皮膚的角質層，降低了電極與皮膚之間的接觸阻抗。導電膏的形態(tài)類似現(xiàn)在醫(yī)院做B超時用的液態(tài)膠體，這種方式采集到的腦電信號質量非常好。

但是濕電極法想要走出實驗室、走出醫(yī)院是行不通的。因為液態(tài)膠體狀的導電膏涂到人的頭發(fā)上，做完測試以后仍有很多殘留，需要立刻洗頭，使用不便利。

除此以外，市面上還有干電極法采集腦電信號，即用一個很硬的材質的電極扣在頭上，它采集的腦電信號質量取決于干電極與頭皮之間接觸的壓力，壓力越大，信號越清晰。但可想而知，一個非常硬的東西緊緊勒住人的頭皮，很容易讓人接受不了。

目前，我們的凝膠腦電帽綜合考慮干、濕電極使用中的不足之處，提供了一種折中的最優(yōu)解決方案。在確保較高的腦電采集信號質量的同時，做到舒適性、便捷性兼?zhèn)?，使用后無需清洗頭皮。

圖：意憶計部分展品

Q：請您談談除了凝膠材料上的創(chuàng)新以外，我們的腦電帽還有哪些技術優(yōu)勢？

章祥：還有一種優(yōu)勢是它可調節(jié)。目前市面上很多的腦電帽都是不可調節(jié)的。按照人的不同頭圍分為大、中、小號，不同的頭圍需要佩戴不同的腦電帽。我們這款腦電帽不僅可以適配不同的頭圍，還可以適配不同的頭型，可調節(jié)使電極良好貼附。

Q：請問凝膠方式的腦電傳感器采集效率更高嗎？

章祥：目前我們采集的效率對標導電膏，二者之間的信號相似度達到98.8%左右。而干電極跟導電膏比起來，信號相似度大概只在80%左右。相比干電極，凝膠電極采集的腦電信號質量更好一些。總結來說，凝膠電極信號質量是介于干電極和導電膏之間，優(yōu)點是采集信號質量更接近于導電膏，但又提升了信號采集的便捷性和舒適性。

Q：請問國內大概有多少企業(yè)從事凝膠腦電帽的研發(fā)、生產工作？

章祥：在國內做腦電帽的企業(yè)比較多，但是做便捷式凝膠腦電帽的應該還沒有。我們這款64導便捷式腦電帽兼容市面上的很多方案，包括導電膏、凝膠，也兼容市面上另外一種比較通用的鹽水電極方式。

Q：請問凝膠腦電電極產品和國際上的產品對比，處于什么水平？

章祥：國際上目前主流的就是我剛剛說的導電膏，還沒有凝膠方式的大批量應用的腦電傳感器。

Q：請您介紹一下，貴司面向客戶提供硬件設備外，軟件方面如何解決呢？

章祥：蘇州集萃腦機所是一家具備自主知識產權腦機接口全鏈條產品及技術研發(fā)的單位，在憶阻器器件設計、類腦芯片設計、高精度模數(shù)轉換、大規(guī)模數(shù)字集成電路設計、神經(jīng)及生理電信號傳感、腦機融合醫(yī)療康復應用、腦電云計算技術、腦機融合算法等技術領域深耕多年。集萃腦機所開發(fā)的全國產化、高舒適度、高速人機交互新模式系統(tǒng)，牢牢占據(jù)高速率腦機接口技術世界第一的紀錄。

面向科技成果轉化、腦機接口商業(yè)化落地，集萃腦機所孵化了眾多面向產業(yè)應用的企業(yè)，除蘇州意憶計 (EEG) 科技有限公司之外，還包括致力于革新人機交互模式，成為腦機接口領域的領軍企業(yè)念及科技以及提供音樂電刺激腦機接口解決方案的蘇州聆慧爾科技有限公司等。

Q：請您介紹這款凝膠電極在大眾商業(yè)化市場上的應用案例？

章祥：大眾領域上的應用主要是教育、娛樂、康養(yǎng)方面做腦電信號的監(jiān)測。比如，教育機構用來監(jiān)測一些小孩的學習專注度，以及工業(yè)領域監(jiān)測一些特種作業(yè)人員的疲勞度等。用法主要是將凝膠電極集成在被監(jiān)測人員的頭盔上，不用涂導電膏，也不用忍受干電極帶來的不適感，直接采集腦電信號實現(xiàn)這些應用。此外，凝膠電極在VR領域用得也比較多，近期比較火爆。用法是將凝膠電極集成在VR頭盔里面，無需手柄進行控制，只需要眼睛盯著某個位置就能實現(xiàn)“意念控制”。

Q：請問應用場景不一樣，所需的腦電采集材料會不會也不同？

章祥：可以通用的，因為都是采集腦電信號，區(qū)別只是采集腦電信號時有頭發(fā)和無頭發(fā)。有頭發(fā)的區(qū)域，因為有些材料穿透不了頭發(fā)，采集不了信號，凝膠電極更適合。無頭發(fā)的區(qū)域，其他的材料也可以替代凝膠電極。

自粘附式腦電傳感器或是未來新方向

Q：請問現(xiàn)在凝膠電極已經(jīng)實現(xiàn)產業(yè)化應用了嗎？

章祥：是的，之前所有的應用都是基于人的枕區(qū)腦電信號采集，只用后面的8導頭帶就可以。我們?yōu)榱瞬杉X腦電信號，今年推出了這個全腦64導的腦電帽。

目前我們腦電采集應用的主要客戶集中在科研院所?？蒲性核_展腦科學、神經(jīng)學以及心理學等相關研究會用到腦電采集的產品和方案。還有小部分的客戶來自新型腦機接口企業(yè)，定制化需求比較多，需要腦電采集產品和方案用在智能穿戴，主要用于疲勞度、專注度監(jiān)測等場景。

Q：請問未來希望腦電傳感器產品的應用能夠往哪些領域推進？

章祥：目前我們是立足科研領域，然后往醫(yī)療健康上進軍。其實科研這塊的市場也不小，我相信如果所有科研院所都買我一頂腦電帽，我們已經(jīng)可以在市場上生存下來。醫(yī)院方面，我們正在進行布局，一旦獲得使用許可，市場量會比較大。我們的優(yōu)勢就是相比醫(yī)院使用的導電膏，材料成本相近，但更加方便易用。目前64導可調節(jié)的腦電帽還沒有正式推出，后續(xù)等我們內部測試通過后，會往醫(yī)療健康以及醫(yī)院方面推進。

Q：請問除了凝膠材料，未來腦電信號采集還有哪些新方向？

章祥：我們也在研發(fā)新型的材料。未來的發(fā)展肯定是自黏附，就是一個電極直接搭在頭發(fā)上，通過一根線或者藍牙傳輸，直接傳到采集放大器里就可以了，這應該是未來的發(fā)展方向。

目前當然還沒有達到這樣的進展，因為自黏附腦電電極要去解決的難題是在接觸頭發(fā)的時候不粘附，接觸到頭皮的時候才粘附住，將采集的信號再傳輸出來。

Q：我們看到目前腦電采集的連接線特別多，未來會往無線方向去發(fā)展嗎？

章祥：無線的方向也會有。比如把連接線做短，但是腦電電極導出的這塊線是不能取消的，只能是把線做短，再連接到無線的放大器盒子，通過無線傳輸?shù)浇K端。無線的優(yōu)點是便捷，缺點是信號穩(wěn)定性不如有線。