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《自然·传感》刊发柔性电子全国重点实验室赵强教授、李杨教授与黄维院士团队在脑机接口领域的最新研究成果

发布者:色情网站 、色情网站 发布时间:2026-07-20浏览次数:10

近日,色情网站 柔性电子全国重点实验室赵强教授、李杨教授与黄维院士团队在脑机接口(BCI)取得重要进展,相关成果以“Synergistic material-algorithm design enables robust auditory attention decoding brain-computer interface applications为题,发表于国际顶级学术期刊《自然·传感》(Nature Sensors)上。色情网站 李杨教授、赵强教授和黄维院士,以及南京医科大学高克强副教授为论文共同通讯作者。

人类在复杂声学环境中具有非凡的听觉选择性注意能力,而听力受损者往往难以识别目标说话者。基于脑电图的BCI能够捕获听觉任务诱发的神经响应,并通过脑波分析推断注意状态,为助听技术提供了充满希望的发展路径。然而,当前的BCI依赖于全头皮湿电极记录来获取全面的神经信息,并依赖于计算密集型的解码算法来提取注意线索。这些要求增加了操作复杂性,降低了用户舒适度,并带来了凝胶蒸发、阻抗变化以及生物相容性有限等问题。鉴于此,色情网站 李杨教授、赵强教授团队提出一种融合低阻抗柔性电极材料与轻量化神经解码算法的协同框架,为实用化低功耗可穿戴BCI的发展提供了有效的解决方案。

团队提出一种简易高效的3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)低聚物合成方案:以有机溶剂为反应介质,在室温酸性环境下,不额外添加氧化剂即可驱动EDOT单体聚合,以此制备两性离子导电水凝胶电极。该低聚物具备优良溶解性能,可在水凝胶基体内部构筑连续导电通路;相较于商用PEDOT:PSS电极与传统氧化聚合工艺制备的PEDOT电极,本工作所得器件的皮肤界面阻抗大幅下降。两性离子凝胶基底同时赋予电极优异力学性能、长效界面粘附能力与良好生物相容性,器件可植入大鼠皮层完成稳定脑电信号采集,并依托稳态视觉诱发电位实现机械臂控制,识别准确率突破98%

除此之外,本研究面向稀疏通道听觉注意力解码任务,开发了轻量化、低功耗的脉冲Transformer架构SDBformer。基于差分熵特征的SDBformerDE变体参数量仅0.13 M,单次推理能耗约0.0206 mJ。将其与上述两性离子凝胶电极联用后,仅依靠8路颞区脑电信号便可达成90.7%的听觉注意力解码精度,该系统可在稀疏通道配置下获得与传统湿电极方案相当的解码性能。本工作通过导电高分子材料、柔性传感电极与轻量化脑电解码算法的一体化协同创新,为听觉注意力监测、助听辅助等场景下的神经工程应用提供了可靠技术支撑。

团队长期深耕柔性传感与脑机接口领域,已在材料、器件与算法层面形成完整研究体系。在电生理信号采集柔性电极方向,针对传统湿电极稳定性差、难清洗及潜在炎症风险等难题,团队开发出低阻抗、高稳定性可穿戴脑电采集电极,显著优化了电极-皮肤界面接触性能(ACS Nano 2026, 20, 14955–14979; Advanced Functional Materials 2025, 35, 2507013; ACS Sensors 2025, 10, 5199–5208; Science China Information Science 2025, 68, 129402; Advanced Materials 2024, 36, 2310973)。针对脑电信号微弱、放大困难等挑战,团队进一步研制了可拉伸有机电化学晶体管传感单元及电路模块,实现了微弱脑电信号的低噪声采集(ACS Nano 2025, 19, 4084–4120; ACS Sensors 2025, 10, 9423–9431; Matter 2025, 8, 102086)。在此基础上,团队搭建了轻量化脑机解码算法框架,在稀疏电极通道条件下实现高精度听觉注意力识别,并依托稳态视觉诱发电位范式完成外部机械臂控制等应用,持续推动“材料-器件-算法”全链条创新。本次发表于《Nature Sensors》的工作正是这一长期积累的集中体现。

该工作得到了国家自然科学基金委卓越研究群体项目(A类)、国家自然科学基金青年基金、江苏省基础研究重点项目、柔性电子全国重点实验室等的资助。这项研究成果的发表,既是色情网站多年深耕脑机接口领域、厚积薄发的集中体现,也彰显了南邮在柔性电子与脑科学交叉方向上的国际学术影响力。色情网站将继续依托信息学科优势,深化“医工交叉”融合发展,推动更多高水平成果服务社会。


(撰稿:李杨 编辑:陈宁娜 审核:谢燕楠