仅3克！全球最小最轻无创脑机接口问世

把脑电设备戴在头上，是使用无创脑机接口的第一步，也是它走出实验室的一道门槛。

实验室里，研究人员可以调整电极、检查接触状态，让受试者按流程完成任务。进入家庭、办公室或作业现场后，用户需要自行佩戴，随时可能转头、走动或说话，还希望设备连续运行数小时，不影响日常活动。

对于基于脑电图（EEG）的无创脑机接口，准备时间、信号稳定性、佩戴舒适度与校准需求，共同决定系统能否持续使用。2019年，一项家庭神经反馈研究报告，参与者佩戴消费级脑电设备需要5—15分钟，家中记录的数据约有10%—20%属于噪声。尽管这一结果来自特定设备和实验条件，它仍提示：采集前的准备与采集后的数据质量，都是实际使用成本。

围绕这些问题，研究者正在推进电极改进、柔性贴附、耳周采集、低功耗无线集成与自适应解码。近日发布的“神工·须弥·脑立方”，则将电极、电路、电池和无线传输集成到约3克、2立方厘米的空间内，为无创脑机接口提供了更微型化的产品形态。

理解这一变化，需要从电极与皮肤的接触说起。传统湿电极依靠导电凝胶或膏体改善接触，多通道系统还需定位、皮肤准备和阻抗调整。这些操作适合专业采集，但反复佩戴时，准备与清理会增加使用负担。干电极省去了凝胶，却需要通过材料、结构和电路设计，适应发量、头部形态与接触条件的差异。

2024年，《Frontiers in Neuroscience》发表的一项研究，在33名健康参与者中比较了干、湿脑电系统。两者均能检测到失匹配负波，但所测试的干电极系统信噪比较低，部分波形和频域指标存在差异。干电极的便利性，需要与具体任务所要求的测量性能一起评价。

动态采集又提出了新要求。电极相对皮肤的位移、头部动作引起的接触变化，都可能影响记录。一项比较泡沫干电极、弹簧干电极与湿电极的研究，在静息、步行和骑行条件下观察到不同结构的表现差异，并验证了后处理缓解部分运动伪迹的作用。因此，无线化与轻量化改善佩戴和活动自由度，动态信号质量仍需电极固定、采集电路和伪迹处理共同保障。

缩小设备还涉及功耗与续航。采集前端、数据转换、无线通信和电池需要协同工作，体积压缩也意味着供电与器件布局空间收紧。对于睡眠研究、神经反馈或工作状态监测，系统必须支持一段完整过程。

2024年发表于《Nature Communications》的研究，将干电极耳塞与低功耗采集前端结合，用于困倦监测，在9名参与者中累计记录约35小时数据，通过离线分类验证可行性。它说明，电极适配、功耗与识别任务需要在系统设计中统筹考虑。

模型适应能力同样影响使用门槛。脑电存在个体差异与非平稳性，已有模型可能需要校准才能用于新的记录。T-TIME研究针对新用户数据逐次到达的情形，交替进行预测与模型更新，在三个公开运动想象数据集上检验减少校准依赖的可能性。这为自适应解码提供了依据，长期日常使用仍需进一步验证。

在采集形态上，柔性贴附与耳周布局提供了不同选择。《Cell Biomaterials》发表的头皮电子纹身研究，通过三维扫描设计个体化布局，再以微喷打印将电极和互连结构制作在头皮上，形成适配有发头皮的超薄、可拉伸传感结构。

2015年的cEEGrid研究则将10个电极印制在柔性薄片上，沿耳周排列。10名参与者佩戴两组阵列至少7小时，研究者在上午和下午分别记录数据，观察到可重复的脑电特征，验证了隐蔽、长时间佩戴的可行性。

这些路线各有侧重：柔性贴附改善身体接触，耳周采集降低外观影响，高度集成的头皮系统则在保留头皮采集方式的同时压缩硬件体积。“神工·须弥·脑立方”体现的是后一方向。

据9月30日来自天津大学的消息，脑机交互与人机共融海河实验室联合神工谛听（天津）科技有限公司，正式发布这款高性能非侵入超微脑机一体化系统。产品通过创新结构固定于头皮之上、隐于发丝之间。发布方称其为迄今全球体积最小、重量最轻的无创脑机接口系统。

其进展首先是降低佩戴负担。约3克的重量、2立方厘米的体积，为帽式、头盔或头环之外提供了更小型的选择。按照发布材料描述，这种形态可带来“接近无感”的佩戴体验。

其次是多模块集成。3克包含电极、电路、电池与无线传输，将信号获取、采集、供电和数据传输集中于微小空间，为应用系统提供更紧凑的采集端。

第三是微型化后的持续运行能力。产品在1000Hz采样率下续航可达8—10小时，核心性能指标满足GB 9706.226—2021中的相关要求。轻量化与数小时运行能力相结合，回应了长时间采集对佩戴和供电的双重需求。

这些进展主要落在终端形态与系统集成层面。采样率不能直接代表解码准确率，续航也不等于全程有效数据时长。现有材料尚未披露通道配置、电极类型及完整动态测试结果，运动伪迹、跨用户解码等能力仍需分别验证。

团队提出的应用方向包括脑电相关指标监测、睡眠分期、神经反馈、脑机交互游戏、智能操纵，以及多人超扫描和教育认知在线测量。超微系统提供信号入口，具体功能需与算法、软件及终端结合。

特种作业领域已有具体推进：团队正与行业企业和院校开展脑机接口与智能穿戴安全管理模型相关工作，为检验持续佩戴、动态采集和系统可靠性提供实际场景。

神工谛听此前已布局软梳脑电电极、无线脑电放大器、低噪声高密度脑电图机及多通道电刺激器，实验室团队则开展从芯片、电极、算法到系统集成的研发。“脑立方”将相关积累进一步延伸至微型采集终端。

无创脑机接口的日常化，需要佩戴、信号、续航与算法逐项改进。3克为持续佩戴提供了新的硬件条件，而准备时间、有效数据比例、长期舒适度和任务表现，将进一步衡量这种微型化设计带来的应用价值。

目前产品已开始预售

参考文献：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26737936/

https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1441799

https://doi.org/10.1186/s12984-019-0588-7

https://arxiv.org/abs/2412.07228

https://doi.org/10.1016/j.celbio.2024.100004

https://doi.org/10.1038/srep16743

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