脑部监测使实验室飞跃

生物工程师和认知科学家已经开发出第一个便携式，64通道可穿戴式大脑活动监测系统，该系统可与研究实验室中的最先进设备相媲美。该系统配备了干式EEG传感器，比湿式传感器更易于应用，同时仍提供高密度的大脑活动数据，因此更适合实际应用。该系统包括一个64通道干电极可穿戴式EEG耳机和一个用于数据解释和分析的复杂软件套件。它具有广泛的应用，从研究到神经反馈再到临床诊断。

研究人员的目标是使EEG脱离实验室环境，目前该实验室仅限于湿式EEG方法。未来，科学家们设想一个神经成像系统与移动传感器和智能手机配合使用，以全天跟踪大脑状态并增强大脑功能的世界。

雅各布斯学校的校友兼Cognionics的首席技术官Mike Yu Chi表示：“这将通过更大范围的部署将神经成像提高到一个新的水平。” “您将能够在受试者的家中工作。你可以把它放在开车的人身上。”

圣地亚哥加州大学雅各布斯工程学院和神经计算研究所的研究人员在发表在IEEE Transactions on Biomedical Engineering上的可穿戴技术特刊中详述了他们的研究结果。

他们还预见了将来可以使用神经影像技术为神经系统疾病带来新疗法的未来。雅各布斯学院的生物工程学教授，这项研究的首席研究员Gert Cauwenberghs说：“我们将能够提示大脑解决自己的问题。”科学基金会。“我们正在努力摆脱诸如深部脑刺激和处方药之类的侵入性技术，而是通过利用大脑的突触可塑性来启动修复过程。”

Mullen)是加州大学圣地亚哥分校斯沃兹计算神经科学中心的前研究员，他带领团队开发了用于研究的软件，并得到了陆军研究实验室的部分资助。

为了使未来的愿景变为现实，传感器不仅需要变得可穿戴，而且要变得舒适，并且数据分析算法必须能够消除噪声以提取有意义的数据。这篇名为“使用可穿戴的干EEG进行实时神经成像和认知监测”的论文概述了朝着该方向迈出的重要第一步。

EGG耳机

Chi和他的团队开发的EEG耳机呈章鱼状，每个手臂都具有弹性，因此可以适应多种不同的头部形状。每个手臂末端的传感器设计为与头皮实现最佳接触，同时在信号中添加尽可能少的噪声。

研究人员花了四年的时间完善传感器材料的配方。设计用于在受试者的头发上工作的传感器由沉积在柔性基板上的银和碳的混合物制成。这种材料可使传感器在保持高质量信号的同时保持灵活性和耐用性-银/氯化银涂层是关键。设计用于裸露皮肤的传感器由包裹在导电膜内的水凝胶制成。这些传感器安装在装有放大器的吊舱内，有助于提高信号质量，同时屏蔽传感器免受电气设备和其他电子设备的干扰。

下一步包括在对象移动时改善头戴式耳机的性能。该设备可以在被摄对象走路时可靠地捕获信号，但是在更剧烈的活动(例如跑步)中则要少得多。电子产品还需要改进，以在更长的时间内(几天甚至几周而不是几小时)起作用。

软件和数据分析

耳机所捕获的数据已由Mullen和Christian Kothe开发的软件进行了分析，Mullen和Christian Kothe是Swartz计算神经科学中心的另一位前研究员，目前是Qusp的首席技术官。首先，需要将脑信号与EEG数据中的噪声分开。来自大脑的微小电流经常被当受试者移动，说话甚至眨眼时产生的高振幅伪影所污染。研究人员设计了一种算法，该算法可将EEG数据实时分离为统计上彼此不相关的不同成分。然后将这些元素与获得的干净数据进行比较，例如，当受试者静止时。异常数据被标记为噪声并被丢弃。

但是分析并不仅限于此。研究人员利用有关大脑已知解剖结构的信息以及他们收集的数据来找出信号在大脑内部的位置。他们还能够实时跟踪来自大脑不同区域的信号如何相互作用，从而建立了不断变化的大脑活动网络图。然后，他们使用机器学习将大脑活动中的特定网络模式与认知和行为联系起来。

穆伦说：“我们领域的圣杯是以“思维速度”追踪分布式大脑网络中有意义的变化。” “我们离这个目标还很近，但我们还没有达到那个目标。”

初创企业

Chi和Mullen都创建了专注于大脑技术商业化的初创企业，其中包括本研究中的一些组件。Chi的公司Cognionics将耳机出售给研究小组。该设备还受到神经反馈专家的欢迎，他们会映射大脑以以后影响行为。最终目标是将耳机放入临床，以帮助诊断各种状况，例如中风和癫痫发作。

Mullen的初创公司Qusp开发了NeuroScale，这是一个基于云的软件平台，可通过Internet应用程序界面提供对大脑和身体信号的连续实时解释。目标是使脑机接口和高级信号处理方法易于与各种日常应用程序和可穿戴设备集成。

在DARPA的共同资助下，Cognionics创建了一个改进的EEG系统，而Qusp正在开发一个易于使用的图形软件环境，用于快速设计和应用脑信号分析管道。

Cognionics联合创始人Cauwenberghs表示：“这些创业努力对于Jacobs学校和神经计算研究所的成功至关重要，它有助于将神经技术从实验室带到认知和临床应用的实际应用中。”科学顾问委员会。

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