1成果简介
脑电图（EEG）信号中的α和θ频率脑波活动被证明与注意力、抑制过程、记忆力、感知能力和睡眠有关。脑电波的减弱被证明是衰老甚至老年痴呆症的原因，因此激发阿尔法和θ脑电波活动可能会带来积极的行为改变，如促进保健和快速睡眠。本文，浙江大学林时胜 教授团队在《Small Science》期刊发表名为“Infrared Radiation of Graphene Electrothermal Film Triggered Alpha and Theta Brainwaves”的论文，研究发现，多层石墨烯电热膜的红外辐射能明显促进人脑中α和θ脑电波的出现。其中，脑电图中α波和θ波的出现频率和持续时间可分别有效提高2.3/2.9倍和3.0/4.1倍。系统研究了不同工作温度和加热材料的对比效果，结果表明多层石墨烯电热膜的高效红外辐射与人体热辐射波长范围 7 至 14 μm 相吻合，可能是这种增强的主要机制。多层石墨烯薄膜电加热器是触发阿尔法和θ脑电波的一种便捷而令人惊讶的方法，在扩大医疗保健需求领域有许多潜在应用。
2图文导读
图1、a） 人脑电波脑电图检测示意图。b）人类脑电波和五种脑电波的频率。c） 脑电波测试位置。d）五种脑电波的不同情绪状态。脑电图信号处理模式和信号检测流程图。
图2、a） 石墨烯电热薄膜的光学和电学特性。b，c） 网格状石墨烯电热薄膜的光学图片。d）石墨烯薄膜在（b）中的水平部分和（c）中垂直部分的SEM图像。e） 室温25°C下石墨烯薄膜的拉曼光谱。f）石墨烯薄膜在5.0 V偏置电压下的红外图像。石墨烯电热薄膜的红外辐射光谱。
图3、a） 脑电图信号中α波的信号分析。b） 在石墨烯加热之前，来自 O1 或 O2 位置的一分钟初始 α 波。插图：石墨烯加热前的典型α波。c） 石墨烯电热膜加热效果 3 分钟后，从 O1 或 O2 位置发出 1 分钟的 α 波 插图：加热后的典型 α 波。d） 石墨烯电热膜加热前后1 min脑电信号中α波的详细出现时间。e） 石墨烯电热膜加热前后脑电信号中α波的发生时间对比。f） 不同加热温度下脑电信号中α波的出现频率。水、铜、单层石墨烯和多层石墨烯电热膜加热下脑电图信号中α波的出现频率。
图4、a） 脑电图信号中θ波的信号分析。b） 在石墨烯加热之前，从 F3 或 F4 位置发出一分钟的初始 θ 波。插图：石墨烯加热前的典型θ波。c） 石墨烯薄膜加热 3 分钟后从 F3 或 F4 位置发出一分钟的 theta 波 插图：石墨烯加热后的典型 θ 波。d） 石墨烯电热膜加热前后 1 分钟脑电图信号中 θ 波的详细出现时间。e） 石墨烯电热薄膜加热前后脑电信号中θ波的发生时间对比。f） 不同加热温度下脑电信号中θ波的出现频率。θ波在水、Cu、单层石墨烯和多层石墨烯电热膜加热下脑电信号中的出现频率。
3小结
我们发现，通过将嵌入围巾的石墨烯电热膜电加热器围在后颈部，可有效提高人脑中阿尔法波和斯塔波的发生频率和持续时间。我们独特地指出，在 50 ℃ 的优化温度下，脑电图中α波和θ波的出现频率可有效提高 2.3 倍和 3.0 倍，脑电图中α波和θ波的持续时间也可有效延长 2.9 倍和 4.1 倍。水、铜甚至单层石墨烯的加热效果也与多层石墨烯薄膜进行了比较，这表明石墨烯电热膜的红外辐射在增强α和θ脑波效果中起着关键作用。虽然详细的机制还有待进一步探讨，但这可能与石墨烯的高效红外辐射波长位于 7 至 14 μm，与人体热辐射波长相吻合有关。石墨烯电热膜电加热器是一种方便、无创的表征工具，可用于增强与记忆和注意力等系统相关的神经认知功能，还可用于检测脑电图，在医疗保健需求扩大的领域具有许多潜在应用。
文献： 
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