近日，北京理工大学团队在《Science Bulletin》发表题为《An ultrasoft,breathable,and multichannel ear-computer interface patch》的研究论文，提出了一种佩戴在耳后的多通道耳-计算机接口贴片（ECI）。这项研究突破了传统脑电采集的诸多限制，为日常化、轻量化的脑机交互提供了全新的落地方案。
传统脑电采集的痛点
对于大多数人而言，第一次体验脑电设备往往充满繁琐与不便：需要佩戴紧绷的脑电帽、拨开头发、涂抹导电凝胶，甚至要等待阻抗稳定，从准备到正式测量常常耗时半小时。这种复杂的流程，让脑电技术难以走进日常生活：上班通勤时想监测疲劳状态，准备时间可能比测量本身还长；进行简单的注意力训练，头皮上残留的凝胶黏腻且清洁麻烦；若想用脑机接口控制设备，传统多通道设备不仅笨重，运动时还容易因滑动产生信号干扰。
侵入式脑机接口虽在瘫痪患者的治疗中展现出潜力，但对于健康人来说，手术风险、长期维护成本以及伦理问题都使其难以普及。于是，如何在不显著降低信号质量与通道数量的前提下，让脑电采集变得像贴创可贴一样简单，成为脑机接口技术普及的关键问题。
耳后区域为解决这一问题提供了天然优势：该区域毛发相对较少，更容易清洁，佩戴时更隐蔽，也更稳定。然而，过去的耳周脑电设备往往存在基底不透气、需要胶带或胶水固定、依赖耳机或眼镜等硬件支撑、舒适性与信号质量难以兼顾等问题。此次研究正是瞄准了这些“可穿戴性—精度两难”的痛点。
关键技术突破
1. 创新的系统设计与整体方案
研究团队明确将ECI贴片定位为在耳后以8通道采集耳周脑电信号，通过便携低功耗采集模块进行传输与处理，主要应用于自发脑电监测（如疲劳状态监测）和诱发脑电控制（如通过稳态视觉诱发电位控制外部设备）两大场景。
论文展示了系统框图与贴片分层结构，包括PDMS支撑/封装层、医用黏附薄膜、银导线、MXene电极与绝缘层等。由于耳后区域的脑电信号相对较弱，对设备的信噪比要求更高，因此研究团队在材料、结构与算法方面进行了协同优化。
2. 先进的材料与制造工艺
电极材料的选择是这项研究的核心工程要点之一。团队采用Ti₃C₂Tx MXene作为皮肤接触电极层，这种材料具有高导电性、良好的柔性与亲水性，能够有效降低电极与皮肤之间的界面阻抗，非常适合用于干电极。数据显示，MXene的电导率可达20000 S/cm，远高于石墨烯电极的约2780 S/cm。
在制造工艺上，研究团队采用直接注射打印技术，在医用黏附薄膜上依次打印银导线、MXene电极和PDMS绝缘/支撑层，实现了导电层与绝缘层的分离。这种制造方式不仅能够保证电极的性能，还具备规模化生产的潜力。
最终制成的贴片厚度仅约188.3μm，其中MXene电极厚度为54.8μm，银层厚度为74.9μm。同时，贴片具有出色的透气性，整体空气透过率约为373.0 cm³/(m²·day)，显著优于商业C型耳电极的107 cm³/(m²·day)。这些特性为长时间佩戴的舒适性和电极与皮肤界面的稳定性提供了保障。
3. 卓越的贴合性与耐久性
耳后贴片能否真正实用，关键在于其是否能“贴得住、贴得久、动起来也不掉”。研究团队在机械性能与界面稳定性方面进行了大量量化测试：
皮肤粘附强度：在三名受试者皮肤上测得的剥离强度约为1.24–1.42 N/cm，确保贴片能够牢固地贴合在皮肤表面。
形变鲁棒性：通过有限元分析与实验验证，贴片在拉伸20%、弯曲到半径3 cm的圆柱表面、贴合半径4 cm的球面以及扭转角50°等多种形变情况下，仍能正常工作。
循环拉伸稳定性：在30%的拉伸范围内往复拉伸1000次后，电极的接触电阻仅增加6.1%，表明贴片具有出色的耐久性。
这些特性使得贴片无需依赖“紧箍咒式”的固定方式，而是通过材料与结构设计实现自然贴合与低滑移，从源头上减少了运动产生的摩擦电与位移伪迹。
4. 良好的生物相容性与皮肤微环境友好性
长时间佩戴的电子产品需要兼顾皮肤微环境的健康，避免出现闷热、潮湿、刺激等问题。研究团队通过体外细胞实验与动物实验验证了贴片的生物相容性。
与NHDF细胞共培养3天，细胞存活率为95.23%；培养7天，细胞存活率约为90%。
在兔皮肤贴附一周后，组织切片未发现明显的炎症反应。
此外，MXene材料还具有一定的抗菌特性，对金黄色葡萄球菌的抗菌效率约为51%。这些研究结果为贴片的日常化佩戴提供了重要的安全保障。
5. 稳定的电学性能与信号质量
研究团队对电极的电学性能进行了全面测试。干MXene电极在耳后皮肤上的阻抗为21.8 kΩ@1000 Hz、258.2 kΩ@50 Hz，弛豫时间为0.0082 s（@100 Hz）。在连续佩戴10小时的测试中，6名志愿者的电极-皮肤接触阻抗整体呈非线性下降趋势，这主要是由于汗液增强了离子导电、贴片与皮肤的贴合度提高以及电化学活化等因素。不过，研究团队也指出，剧烈运动或环境温湿度的剧烈变化可能会导致电阻跳变。
在信号质量方面，团队以α节律（8–13 Hz）作为检测基准，结果表明贴片能够稳定地检测到脑电信号，睁眼与闭眼状态下的α峰差异明显，且佩戴10小时后仍能保持良好的信号检测能力。此外，贴片在手机电磁干扰环境下，α信号幅度衰减小于6%，具有较好的抗干扰能力。在面肌伪迹测试中，耳后区域的信号比额头区域更不易受到咬牙、用力眨眼等动作的影响，但走路、跑步等全身运动仍会对两处的信号产生一定干扰。
6. 出色的应用验证（疲劳检测：准确率达90.5%）
研究团队通过65分钟的Stroop任务诱发受试者疲劳，并采用主客观结合的方式为疲劳状态打标签。在特征提取方面，计算并跟踪了α波能量、β波能量、θ波能量、样本熵、Rayleigh熵等指标的变化趋势，结果与常见的疲劳模式一致，即疲劳时α波与θ波能量上升，β波能量下降。
在分类方法上，团队提出了“多特征加权/动态增强”的思路，并比较了多种分类器的性能。关键结果显示，在10 s时间窗下，所有受试者的平均疲劳分类准确率达到90.5%；基于β波的混合熵特征在5 s窗下的准确率可达92.14%。这表明耳后贴片不仅能够检测到脑电波形，还能在较短的时间窗内完成具有实用意义的状态识别。
稳态视觉诱发电位脑控：在线四指令准确率93.5%
在稳态视觉诱发电位（SSVEP）脑控实验中，研究团队分别进行了离线四目标识别与在线无人车控制测试。
离线实验中，设置了11.3、12.3、13.3、14.3 Hz四个闪烁频率，受试者在5 s内注视提示目标。结果显示，单次试验的频域在刺激基频处有清晰的峰值，多通道均能采集到SSVEP信号，窄带信噪比在各基频处响应明显。通过比较EEGNet、CCA与FBCCA等算法，并利用t-SNE显示特征可分性，五名受试者在5 s识别窗内的平均准确率为84.6%。
在线控制实验中，将四个目标映射为前进、后退、旋转、U-turn等四条简单路线指令。关键结果显示，四指令执行的平均准确率达到93.5%，与商业脑电帽的结果相当；在复杂路线任务中，受试者总共尝试5次，成功完成3次。这表明该贴片不仅在离线测试中表现出色，还能在在线闭环控制中完成连续的指令序列，实现了从分类到控制的跨越。
重要意义
1. 推动脑机接口向日常佩戴形态发展
超薄（188.3μm）与高透气（373 cm³/(m²·day)）的贴片设计，使其有望发展成为“可连续佩戴的神经界面”。这种形态对于需要长时间趋势监测的场景尤为适用，例如驾驶或值守岗位的疲劳预警、学习注意力状态记录、睡眠相关的轻量化监测等，为脑机接口技术从实验室走向日常生活奠定了基础。
2. 提供可复用的耳周弱信号处理方案
研究团队不仅在材料创新方面取得了突破，还构建了“低阻抗干电极+高贴合稳定结构+便携采集模块+动态增强算法”的完整闭环系统。这一工程组合拳为后续研究提供了可复用的框架，其他研究者可以在此基础上进一步优化，例如增加通道密度、与助听器或耳机形态融合、引入更鲁棒的自适应伪迹抑制算法等。
3. 开拓人机交互新入口
在线SSVEP四指令准确率达到93.5%，意味着该耳后贴片有望成为AR/VR、无障碍交互、轻量智能终端的补充输入通道。在双手被占用（如搬运、维修、医疗操作）或需要安静交互的场合，用户可以通过耳后贴片实现简单的“确认/取消/方向/切换”等指令级控制，为日常生活和工作带来更多便利。
未来，随着技术的不断进步，这种耳后贴片式脑机接口有望与更多的智能设备融合，为人们带来更加自然、便捷的人机交互体验。
（来源：网络信息整理）
