Conformal in-ear bioelectronics for visual and auditory brain-computer interfaces

脑-机接口 生物电子学 计算机科学 接口(物质) 语音识别 人机交互 可视化 神经假体 神经科学 人工智能 脑电图 生物 纳米技术 材料科学 生物传感器 气泡 并行计算 最大气泡压力法
作者
Zhouheng Wang,Nanlin Shi,Yingchao Zhang,Ning Zheng,Haicheng Li,Yang Jiao,Jiahui Cheng,Yutong Wang,Xiaoqing Zhang,Ying Chen,Yihao Chen,Ao Wang,Tao Xie,Yijun Wang,Yinji Ma,Xiaorong Gao,Xue Feng
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39814-6
摘要

Brain-computer interfaces (BCIs) have attracted considerable attention in motor and language rehabilitation. Most devices use cap-based non-invasive, headband-based commercial products or microneedle-based invasive approaches, which are constrained for inconvenience, limited applications, inflammation risks and even irreversible damage to soft tissues. Here, we propose in-ear visual and auditory BCIs based on in-ear bioelectronics, named as SpiralE, which can adaptively expand and spiral along the auditory meatus under electrothermal actuation to ensure conformal contact. Participants achieve offline accuracies of 95% in 9-target steady state visual evoked potential (SSVEP) BCI classification and type target phrases successfully in a calibration-free 40-target online SSVEP speller experiment. Interestingly, in-ear SSVEPs exhibit significant 2nd harmonic tendencies, indicating that in-ear sensing may be complementary for studying harmonic spatial distributions in SSVEP studies. Moreover, natural speech auditory classification accuracy can reach 84% in cocktail party experiments. The SpiralE provides innovative concepts for designing 3D flexible bioelectronics and assists the development of biomedical engineering and neural monitoring.
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