伴隨著無線技術(shù)、放大技術(shù)及集成電路不斷地進(jìn)步，腦電信號(hào)的采集和應(yīng)用在可穿戴、腦信號(hào)溯源、疾病診斷、人機(jī)交互、醫(yī)療健康等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

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

在體外無創(chuàng)式腦電傳感器的研發(fā)領(lǐng)域，江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院腦機(jī)融合智能技術(shù)研究所(簡稱“集萃腦機(jī)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(shù)領(lǐng)先的腦機(jī)融合智能技術(shù)關(guān)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(guān)的重點(diǎn)之一。

3月29日，在深圳國際傳感器與應(yīng)用技術(shù)展覽會(huì)現(xiàn)場，感知芯視界對(duì)集萃腦機(jī)所神經(jīng)電極傳感器研發(fā)中心負(fù)責(zé)人章祥先生進(jìn)行了采訪。這次他為了我們帶來了最新推出的64導(dǎo)全腦便攜式腦電帽，分享了體外式腦電傳感器的技術(shù)發(fā)展情況以及未來前景。

江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院腦機(jī)融合智能技術(shù)研究所神經(jīng)電極傳感器研發(fā)中心負(fù)責(zé)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(tuán)隊(duì)熟悉電極相關(guān)的傳感材料和腦電采集的后端數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用，能夠快速打通相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)，突破技術(shù)瓶頸。

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

以下是專訪對(duì)話內(nèi)容：

專注腦電傳感器 技術(shù)實(shí)力走在國際前列

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

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

腦電信號(hào)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(hào)，經(jīng)后端放大器、軟件算法進(jìn)行處理后，進(jìn)行一系列的場景應(yīng)用。

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

但是濕電極法想要走出實(shí)驗(yàn)室、走出醫(yī)院是行不通的。因?yàn)橐簯B(tài)膠體狀的導(dǎo)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(hào)，即用一個(gè)很硬的材質(zhì)的電極扣在頭上，它采集的腦電信號(hào)質(zhì)量取決于干電極與頭皮之間接觸的壓力，壓力越大，信號(hào)越清晰。但可想而知，一個(gè)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(hào)質(zhì)量的同時(shí)，做到舒適性、便捷性兼?zhèn)洌褂煤鬅o需清洗頭皮。

圖：意憶計(jì)部分展品

Q：請(qǐng)您談?wù)劤四z材料上的創(chuàng)新以外，我們的腦電帽還有哪些技術(shù)優(yōu)勢(shì)？

章祥：還有一種優(yōu)勢(shì)是它可調(diào)節(jié)。目前市面上很多的腦電帽都是不可調(diào)節(jié)的。按照人的不同頭圍分為大、中、小號(hào)，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(diào)節(jié)使電極良好貼附。

Q：請(qǐng)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(duì)標(biāo)導(dǎo)電膏，二者之間的信號(hào)相似度達(dá)到98.8%左右。而干電極跟導(dǎo)電膏比起來，信號(hào)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(hào)質(zhì)量更好一些?？偨Y(jié)來說，凝膠電極信號(hào)質(zhì)量是介于干電極和導(dǎo)電膏之間，優(yōu)點(diǎn)是采集信號(hào)質(zhì)量更接近于導(dǎo)電膏，但又提升了信號(hào)采集的便捷性和舒適性。

Q：請(qǐng)問國內(nèi)大概有多少企業(yè)從事凝膠腦電帽的研發(fā)、生產(chǎn)工作？

章祥：在國內(nèi)做腦電帽的企業(yè)比較多，但是做便捷式凝膠腦電帽的應(yīng)該還沒有。我們這款64導(dǎo)便捷式腦電帽兼容市面上的很多方案，包括導(dǎo)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(qǐng)問凝膠腦電電極產(chǎn)品和國際上的產(chǎn)品對(duì)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(dǎo)電膏，還沒有凝膠方式的大批量應(yīng)用的腦電傳感器。

Q：請(qǐng)您介紹一下，貴司面向客戶提供硬件設(shè)備外，軟件方面如何解決呢？

章祥：蘇州集萃腦機(jī)所是一家具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)腦機(jī)接口全鏈條產(chǎn)品及技術(shù)研發(fā)的單位，在憶阻器器件設(shè)計(jì)、類腦芯片設(shè)計(jì)、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換、大規(guī)模數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、神經(jīng)及生理電信號(hào)傳感、腦機(jī)融合醫(yī)療康復(fù)應(yīng)用、腦電云計(jì)算技術(shù)、腦機(jī)融合算法等技術(shù)領(lǐng)域深耕多年。集萃腦機(jī)所開發(fā)的全國產(chǎn)化、高舒適度、高速人機(jī)交互新模式系統(tǒng)，牢牢占據(jù)高速率腦機(jī)接口技術(shù)世界第一的紀(jì)錄。

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

Q：請(qǐng)您介紹這款凝膠電極在大眾商業(yè)化市場上的應(yīng)用案例？

章祥：大眾領(lǐng)域上的應(yīng)用主要是教育、娛樂、康養(yǎng)方面做腦電信號(hào)的監(jiān)測。比如，教育機(jī)構(gòu)用來監(jiān)測一些小孩的學(xué)習(xí)專注度，以及工業(yè)領(lǐng)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(dǎo)電膏，也不用忍受干電極帶來的不適感，直接采集腦電信號(hào)實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用。此外，凝膠電極在VR領(lǐng)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(jìn)行控制，只需要眼睛盯著某個(gè)位置就能實(shí)現(xiàn)“意念控制”。

Q：請(qǐng)問應(yīng)用場景不一樣，所需的腦電采集材料會(huì)不會(huì)也不同？

章祥：可以通用的，因?yàn)槎际遣杉X電信號(hào)，區(qū)別只是采集腦電信號(hào)時(shí)有頭發(fā)和無頭發(fā)。有頭發(fā)的區(qū)域，因?yàn)橛行┎牧洗┩覆涣祟^發(fā)，采集不了信號(hào)，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(qǐng)問現(xiàn)在凝膠電極已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用了嗎？

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

目前我們腦電采集應(yīng)用的主要客戶集中在科研院所?？蒲性核_展腦科學(xué)、神經(jīng)學(xué)以及心理學(xué)等相關(guān)研究會(huì)用到腦電采集的產(chǎn)品和方案。還有小部分的客戶來自新型腦機(jī)接口企業(yè)，定制化需求比較多，需要腦電采集產(chǎn)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(qǐng)問未來希望腦電傳感器產(chǎn)品的應(yīng)用能夠往哪些領(lǐng)域推進(jìn)？

章祥：目前我們是立足科研領(lǐng)域，然后往醫(yī)療健康上進(jìn)軍。其實(shí)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(jìn)行布局，一旦獲得使用許可，市場量會(huì)比較大。我們的優(yōu)勢(shì)就是相比醫(yī)院使用的導(dǎo)電膏，材料成本相近，但更加方便易用。目前64導(dǎo)可調(diào)節(jié)的腦電帽還沒有正式推出，后續(xù)等我們內(nèi)部測試通過后，會(huì)往醫(yī)療健康以及醫(yī)院方面推進(jìn)。

Q：請(qǐng)問除了凝膠材料，未來腦電信號(hào)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(gè)電極直接搭在頭發(fā)上，通過一根線或者藍(lán)牙傳輸，直接傳到采集放大器里就可以了，這應(yīng)該是未來的發(fā)展方向。

目前當(dāng)然還沒有達(dá)到這樣的進(jìn)展，因?yàn)樽责じ侥X電電極要去解決的難題是在接觸頭發(fā)的時(shí)候不粘附，接觸到頭皮的時(shí)候才粘附住，將采集的信號(hào)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(huì)往無線方向去發(fā)展嗎？

章祥：無線的方向也會(huì)有。比如把連接線做短，但是腦電電極導(dǎo)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(diǎn)是便捷，缺點(diǎn)是信號(hào)穩(wěn)定性不如有線。