清華團隊最新研究，眼鏡里藏著“神經開關”

基本信息

Title:Closed-loop wearable neurostimulation system with triboelectric sensing to alleviate hemifacial spasms

發表時間：2026.1.10

Journal:Nature Communications

影響因子：15.7

獲取原文：

1. 添加小助手:PSY-Brain-Frontier即可獲取PDF版本
2. 點擊頁面底部“”即可跳轉論文原網頁

引言

半側面肌痙攣（Hemifacial spasm, HFS）最典型的體驗，是一側眼輪匝肌、口周或頸闊肌“自己動起來”：從下眼瞼輕微抽動，到頻繁閉眼、口角牽拉，社交尷尬、視物受限都可能隨之而來。

臨床上，診斷與療效評估常依賴醫生觀察與患者主訴，難免帶有主觀性；更客觀的肌電圖（Electromyography, EMG）雖然能記錄肌肉活動，但設備依賴強、連續監測困難，還容易被各種噪聲與偽跡（artifact）干擾。

治療方面，肉毒毒素（Botulinum toxin, BTX）注射見效快卻需要反復治療，手術微血管減壓（Microvascular decompression, MVD）成功率高但風險不小，這些現實都在拉低長期依從性。

于是，一個關鍵問題變得很具體：能不能把“監測”和“干預”整合在同一套日常可佩戴設備里——平時持續、低負擔地捕捉痙攣信號，一旦發作就自動觸發合適強度的經皮神經電刺激（Transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS），并且避免像EMG那樣在刺激時被電偽跡淹沒？本文的思路是用自供能摩擦電傳感（triboelectric sensing）替代EMG做“閉環眼睛”，把傳感器嵌進眼鏡腿，實時識別眼周細微動態，再用可調參數的刺激模塊在發作瞬間“接管”異常神經興奮，從而建立一個真正能在生活場景中運行的HFS閉環治療原型。

實驗設計與方法邏輯

作者圍繞“可穿戴、抗干擾、能閉環”的目標，將摩擦電自供能傳感器（HFSS）布置在眼角等高敏區域，通過材料摻雜BMF–CaCu?Ti?O??（CCTO）與微米半球結構提升輸出與信噪比；再用定制采集電路與滑動窗峰峰值（peak-to-peak）閾值法建立個體化痙攣檢測，檢測到發作即無線觸發恒流高頻刺激模塊，對面神經干體表投影區實施參數可控的TENS，并用同步視頻與計算機視覺（CV, mediapipe關鍵點）量化面部對稱性變化來驗證療效閉環。

Fig. 1 | Design and features of closed-loop facial nerve stimulation system.

核心發現

1）HFSS“更靈敏也更耐用”：材料摻雜+微結構帶來2.3倍提升

論文先把“能不能測得準”落到硬指標：通過優化CCTO摻雜比例并引入微米級半球陣列結構，HFSS開路電壓（VOC）在最優條件下相對未改性材料提升約2.3倍；同時在不同面積、頻率與力學加載下表現穩定，響應時間達到毫秒級，并通過扭折、疲勞循環與浸水等測試證明耐久性（Fig. 2）。這一步為后續“戴著走、長時間測”打下了可信的傳感地基。

Fig. 2 | Performance optimization and electrical output characterization of HFSS.

2）把傳感器塞進眼鏡腿：從眨眼分級到痙攣識別98%準確率

系統級實現上，作者將HFSS與采集SoC集成在眼鏡腿，實現低功耗無線傳輸，并展示設備能區分正常/輕微/用力眨眼的幅值層級（Fig. 3），證明其對“日常動作背景噪聲”有足夠動態范圍。更關鍵的是閉環觸發：信號經低通濾波后用滑動窗峰峰值閾值檢測，超過個體閾值立即觸發刺激（Fig. 4），并通過與臨床標注視頻對齊評估，整體痙攣識別準確率達約98%，觸發信號準確率約95.9%，讓“自動識別→自動干預”從概念變成可運行流程。

Fig. 3 | Hardware design and characterization.

Fig. 4 | HFS diagnosis/treatment integrated system and preliminary experiment

3）閉環電刺激讓“臉更對稱”：患者1多指標顯著改善，患者2呈個體差異

療效評估不止看“抽動次數”，作者用CV量化左右面部特征差異：口角-鼻（M–N）、眼角-鼻（E–N）、眼角-口角（E–M）以及眼區面積（EA）。在患者1中，閉環刺激狀態下上述指標的左右差異時間序列明顯收斂（Fig. 5a–h），并在多次發作的統計對比中呈顯著改善（Fig. 5i–l），提示閉環刺激可減輕痙攣導致的面部不對稱；患者2則主要在M–N、E–N上改善更突出而其他指標不顯著，強調了HFS表型與刺激反應存在真實的個體異質性。

Fig. 5 | Distribution and statistical analysis of facial features of patients in different states (non-stimulation vs. closed-loop stimulation).

4）同一傳感器還能“順帶測心率”：與ECG高度一致，提示自主神經線索

有意思的是，作者把HFSS放在淺表顳動脈區域，記錄到清晰的脈搏波，并在運動-靜息實驗中與專業心電（ECG）心率曲線高度一致，相關系數達0.96（Fig. 6）。結合既往關于HFS發作前心率變化/HRV改變的報道，論文提出該系統未來可能不僅用于“發作后抑制”，還具備探索發作前自主神經（autonomic nervous system）變化、甚至早期預警的潛力——當然現階段仍以可行性證據為主。

Fig. 6 | Records of heart rate changes from two devices before and after exercise.

歸納總結和點評

這項工作把HFS管理中最難的一環——“連續客觀監測”與“及時、低風險干預”——做成了可穿戴閉環原型：自供能摩擦電傳感避免了EMG在刺激期易受電偽跡干擾的痛點，眼鏡式集成顯著降低使用門檻；在小樣本臨床驗證中，系統不僅實現高準確識別，還能在發作瞬間觸發個體化參數的TENS，并以CV量化指標證明面部對稱性改善。

盡管仍需更大樣本、長期佩戴舒適性與算法自適應升級來檢驗泛化能力，但作為“把實驗室閉環神經調控帶入日常生活”的一步，這篇論文完成度高、路徑清晰，也為其他外周神經異常放電相關疾病提供了很有啟發性的工程范式。