试想穿上一件轻便贴身的衣物，它能无声捕捉大脑与每一处肌纤维之间复杂的电信号交互全程，全程无需一滴导电凝胶，也没有杂乱导线缠绕皮肤。这一设想刚刚从科幻构想落地为实验室成果。近日剑桥大学团队联合多国科研人员在《自然·通讯》发表一项突破性研究，研发出一款全新智能纺织电极阵列，可同步采集大脑脑电图（EEG）与肌肉肌电图（EMG）信号，搭建起可穿戴多模态体表电位测绘平台。这并非对现有电极技术的小幅改良，而是对人体电生理信号采集方式的根本性革新，将传感功能直接编织进日常衣物面料之中。
人体大脑与肌肉之间的神经信号传导，是完成自主运动、感知外界刺激的核心通路，这条皮层-肌肉轴一直是神经康复、人机交互领域的重点研究对象。传统皮肤电生理检测（EEG+EMG）依靠单点位电极，空间分辨率不足，运动伪迹干扰严重，凝胶电极长期佩戴易干涸失效，空间采样点位也十分稀少；而且设备笨重不便、限制肢体活动，难以完整还原支配肢体运动的分布式神经指令。
这款新型纺织电极阵列彻底突破了上述局限。它由导电纤维织入可拉伸透气面料制成，能紧密贴合皮肤表面起伏结构，数百个高密度传感器可在无任何粘贴胶的前提下，保持稳定、低阻抗的皮肤接触。干式电极与织物无缝融合，整套设备穿戴起来如同第二层肌肤。
智能纺织电极阵列的制备工艺 ©Nat Commun
这套智能纺织电极阵列最核心的硬件创新，在于一套全新的多层纺织一体化制备工艺。研究团队选用兼具贴合度与延展性的混纺织物作为基底，借助织物本身多孔纤维结构，让导电浆料渗透面料形成贯通织物正反面的垂直导电通路，全程无需破坏纤维结构，也不用额外加装硬质导通结构。
后续搭配多层绝缘封装、激光精准开窗、导电通孔布线等工序完成整体封装，最终成品轻薄柔软，同时提供两种不同布线方案适配不同使用需求。全织物导电线路版本弯折适配性更强，即便反复弯折也不会出现线路开裂、分层脱落问题，能够紧密贴合额头、前臂、胸腔等各类人体曲面，制作过程依托印刷、覆膜等标准化工序完成，具备批量落地生产的实际潜力。
和临床常用的银氯化银电极、金属电极相比，研究团队自主调配的导电共晶凝胶涂层是设备信号稳定的关键。这款复合凝胶融合导电高分子、低共熔溶剂与明胶材料，熔融后可精准附着在电极表面，冷却后形成一层微微凸起的柔性接触层，直接贴合皮肤完成离子与电子信号转换，全程无需辅助导电凝胶。
基于无线多站点电生理技术的性能评估 ©Nat Commun
该涂层兼具柔软度与长期稳定性，长时间佩戴也不会出现信号衰减，在肢体大幅度活动的场景下，产生的运动噪声远低于传统金属电极与凝胶电极，能够有效过滤人体活动带来的信号干扰，适配日常动态运动场景下的持续监测，很好解决传统穿戴设备运动时信号失真的痛点。
本次研究最具突破性的成果，是实现大脑皮层与外周肌肉电活动的同步高密度全域采集，搭建起完整的皮层-肌肉交互动态观测体系。研究团队制作了一件全覆盖袖套服饰，内置300余枚电极，覆盖头皮、颈部、肩部直至指尖。借助这套设备，研究人员能以毫秒级精度追踪完整神经信号传导链路：从运动皮层发出运动预备信号，到肱二头肌、肱三头肌、前臂屈肌产生肌肉激活信号。
利用空间分布特征对前臂肌电信号与头皮脑电信号活动进行分类 ©Nat Commun
设备通过分布式传感器网格捕捉脑肌相干性（衡量脑电波与肌肉电信号节律同步程度的指标），清晰还原自然无束缚运动过程中，运动指令如何传导、拆分并形成复杂肌肉协同模式。采集电路覆盖从低频生理信号到高频肌肉信号的完整频段，打破了以往穿戴设备仅能单一类型信号采集的局限。（注：除了脑电、肌电外，研究人员还进行了眼电、心电的采集测试。）
这套可穿戴传感网格采集的海量数据，需要配套全新分析体系支撑。研究人员采用拓扑映射算法生成动态体表电位分布图，相当于制作出电信号沿肢体传导的动态影像。将脑电与肌电信号整合至同一空间分析框架后，研究人员可直观观测下行运动指令电位波的变化：根据动作不同（精细捏握或大力过头投掷），电位波会发生偏移、分裂与形态重塑。该技术不局限于读取单一信号通道数据，而是能将完整脑-肌肉调控系统视作统一生理整体，观测其涌现出的时空信号特征。
该技术在神经康复领域具备立竿见影且深远的应用价值。目前脑卒中、脊髓损伤后的运动康复治疗，大多依靠简易视觉反馈或单一肌电信号触发训练。而这款纺织电极阵列可搭建闭环反馈交互系统：精准识别异常的脑-肌肉信号传导，并输出同步电刺激或视觉反馈，重新训练大脑与肌肉的信号联动。例如手部抬举障碍患者训练时，系统可实时展示自身残存运动意图无法激活目标前臂肌群的问题，并即时调整康复方案。设备穿戴隐蔽，可适配日常活动场景，让康复从固定时段的诊室治疗，转变为全天候、数据驱动的持续干预。
神经接口（网络示意图/与本文无关）©Freepik
走出临床场景，这项技术还有望大幅提升脑机接口（BCI）性能。传统基于脑电信号的脑机接口存在刷新速率慢、可控自由度有限的短板，根源在于忽略了下游丰富的肌电信息。而该阵列可同步采集高密度脑电与肌电原始信号，信号解码器能更精准、快速地解析运动意图。研究团队验证，这款纺织设备可结合中枢与外周神经信号，实时识别复杂手部动作与单根手指运动，为下一代假肢研发提供新思路，未来假肢将如同人体自身神经调控通路的自然延伸。
该纺织电极阵列同样适用于专业竞技体育科学与人因工程领域，解析大脑-肌肉调控通路的运转效率有助于突破运动表现瓶颈。以往分析投手投掷动作仅依靠动作捕捉摄像头，如今可直接可视化运动皮层如何依次驱动肩袖肌群至指尖肌肉有序收缩，捕捉外部观测无法察觉的微小信号延迟或无效肌肉共收缩。针织电极可水洗、耐用，不只是实验室专用设备，更能落地赛场实地检测。
这套全纺织可穿戴体表电位测绘平台整合柔性纺织工艺、离子电子混合导电凝胶电极与可解释机器学习算法，弥补传统电生理设备空间分辨率低、穿戴舒适度差、无法多区域同步记录的缺陷。当前实验仅完成单受试者验证，后续团队计划扩大受试者样本量，整合电刺激模块搭建闭环神经假肢反馈系统，同时开展洗涤、汗液、高低温环境耐久性测试，推动设备长期穿戴监测落地。
以往我们依靠硬质器械检测人体生物信号，如今测量设备将与日常衣物融为一体，安静记录大脑与肌肉之间永不停歇、无声无息的电信号交互。该技术未来有望应用于脑卒中、帕金森等神经疾病运动功能评估，助力康复训练量化监测，同时为假肢控制、人机交互、基础运动神经科学研究提供轻量化、无凝胶、高密度的全新检测工具。
Serrano, R.RM., Brunt, C., Tao, X. et al. Body surface potential mapping of the cortico-muscular axis using smart textile electrode arrays. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-75134-1
