O equipamento tradicional de aquisição de EEG é volumoso, depende de gel condutor e é suscetível a interferências. Para que a tecnologia de interface cérebro{1}}computador (BCI) realmente se torne parte da vida cotidiana, as inovações devem começar desde o início. Recentemente, uma equipe liderada pelo pesquisador Liu Ran e pelo professor Gao Xiaorong, da Escola de Engenharia Biomédica da Universidade de Tsinghua, publicou uma conquista significativa na revista ACS Applied Materials & Interfaces: eles desenvolveram um eletrodo de microagulha baseado em MXene-que não apenas permite a aquisição de sinais de EEG de alta{4}}qualidade em ambientes complexos, mas também oferece as vantagens de ser-isento de gel, fácil de usar e altamente compatível. Este novo eletrodo abre caminho para que os dispositivos BCI se tornem comuns.
Ⅰ. Um “remendo cerebral” mais inteligente
Os dispositivos tradicionais de eletroencefalografia (EEG) geralmente usam eletrodos úmidos à base de gel. Embora ofereçam qualidade de sinal estável, seu uso pode ser complicado, causar irritação na pele e ser suscetível a interferências. Nos últimos anos, os eletrodos secos surgiram como uma alternativa, mas equilibrar conforto, qualidade do sinal e facilidade de uso tem sido um desafio persistente na ciência dos materiais e na neuroengenharia.
Essa equipe de pesquisa usou MXene (um tipo de material de carbono bi{0}}dimensional) como núcleo condutor e combinou-o com uma estrutura de microagulha para projetar um eletrodo de EEG seco medindo apenas 1 milímetro quadrado. MXene recentemente atraiu ampla atenção por sua excelente condutividade, flexibilidade e biocompatibilidade. O conjunto de microagulhas permite que o eletrodo "penetre facilmente" na camada superficial da pele, o estrato córneo, eliminando a necessidade de barbear ou aplicação de gel e permitindo a aquisição de sinais EEG de baixa-impedância e alta{5}}sinal-para-ruído. Essa estrutura não só melhora significativamente a estabilidade de contato entre o eletrodo e o couro cabeludo, mas também oferece vantagens como resistência ao movimento, suor e reutilização.
Ⅱ. Processamento e testes: não apenas leves, mas também compatíveis com ressonância magnética e aplicações ferroviárias de alta-velocidade.
Para verificar o desempenho abrangente do eletrodo, os pesquisadores realizaram testes experimentais em múltiplas dimensões, incluindo propriedades do material, desempenho de aquisição de sinal fisiológico, biocompatibilidade e compatibilidade com ressonância magnética.
Primeiro, na fabricação de eletrodos, os pesquisadores empregaram tecnologia de micromoldagem e suporte de hidrogel para garantir que o conjunto de microagulhas mantenha a capacidade de punção, mantendo ao mesmo tempo excelente flexibilidade para evitar danos à pele. A superfície foi tratada com material MXene, permitindo uma espessura controlável da camada condutora, alcançando estabilidade estrutural e alta capacidade de captura de sinal.
Durante a fase de teste do sinal, a equipe aplicou o eletrodo a um paradigma comum de interface de cérebro{{0}computador: potencial evocado visual de estado-estacionário (SSVEP). Atualmente, o SSVEP é uma das fontes de sinal mais estáveis e precisas em BCIs não{3}invasivas e é amplamente utilizado em cenários como entrada ortográfica e controle de robôs. Os resultados dos testes mostraram que este eletrodo de microagulha alcançou precisão comparável na aquisição de sinal SSVEP aos eletrodos de gel tradicionais, e ainda teve um desempenho mais estável em ambientes ruidosos e com movimento mínimo.
Notavelmente, a equipe de pesquisa também avaliou a compatibilidade do eletrodo com imagens de ressonância magnética (MRI), não encontrando artefatos significativos ou aquecimento anormal em campos magnéticos elevados, sugerindo seu potencial para uso futuro na aquisição sincronizada de EEG durante imagens clínicas funcionais do cérebro. Além disso, os testes de biocompatibilidade demonstraram que o uso prolongado não induz inflamação ou reações cutâneas, tornando-o adequado para monitorização clínica diária ou contínua.
Ⅲ. Um novo começo em direção a BCIs de "sensor-zero"
A maior importância desta pesquisa está em seu avanço na relação-entre conforto e desempenho em eletrodos de EEG tradicionais. Ao combinar a alta condutividade dos materiais MXene com as propriedades penetrantes da estrutura da microagulha, esse eletrodo alcança aquisição de EEG de alta-qualidade e longo-prazo sem a necessidade de gel, estabelecendo as bases para que os dispositivos BCI entrem verdadeiramente na era "vestível".
No futuro, prevemos que esses eletrodos de microagulhas serão integrados a módulos de comunicação sem fio, amplificadores miniaturizados e chips de IA de ponta para criar um sistema de computador plug{0}}e{1}}cérebro-, integrado à vida diária como um smartwatch. Além disso, também pode servir uma gama mais ampla de aplicações médicas, incluindo neurorreabilitação, alerta de epilepsia e monitoramento do sono. Para a indústria de interfaces cérebro{5}}computador, isso significa que a “última milha” do laboratório ao mercado está sendo superada.