توفر أجهزة الاستشعار الحيوية لسماعات الأذن مراقبة مستمرة لنشاط الدماغ ومستويات اللاكتات – عالم الفيزياء

يمكن لسماعات الأذن المجهزة بأجهزة استشعار حيوية قياس النشاط الكهربائي للدماغ بشكل مستمر ومستويات اللاكتات التي تفرز العرق. يمثل الجهاز تقنية استشعار جديدة يمكن ارتداؤها للكشف عن الأمراض التنكسية العصبية ومراقبتها أو المراقبة الصحية على المدى الطويل.

تم تطويره من قبل فريق متعدد التخصصات من المهندسين في مركز أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس، تقوم مستشعرات سماعات الأذن بنقل البيانات المسجلة لاسلكيًا إلى هاتف ذكي أو كمبيوتر محمول للعرض والتحليل البصري. مع هذا الاختراع، يتوقع الباحثون مستقبلًا تعمل فيه أنظمة التصوير العصبي ومراقبة الصحة مع أجهزة استشعار وأجهزة محمولة يمكن ارتداؤها بسهولة لتتبع نشاط الدماغ ومستويات العديد من المستقلبات المتعلقة بالصحة على مدار اليوم.

يمثل دمج إشارات الدماغ والجسم الفردية في منصة مصغرة واحدة طفرة تكنولوجية في تكنولوجيا الاستشعار داخل الأذن. لاحظ الباحثون أن المستشعرات لها شكل أصغر بكثير، وهي أقل إزعاجًا بصريًا وأكثر راحة في الارتداء من سماعات رأس تخطيط كهربية فروة الرأس (EEG) المتطورة أو جهاز قياس اللاكتات في الدم التجاري، بينما تقدم أداءً مماثلاً.

"إن القدرة على قياس ديناميكيات النشاط المعرفي للدماغ وحالة التمثيل الغذائي للجسم في جهاز واحد متكامل داخل الأذن لا يتعارض مع راحة المستخدم وحركته يفتح فرصًا هائلة لتعزيز صحة وعافية الأشخاص من جميع الأعمار. في أي وقت وفي أي مكان،" المحقق الرئيسي المشارك غيرت كاوينبيرغس التعليقات في تصريح صحفي.

عند دمجها، يمكن استخدام بيانات مخطط كهربية الدماغ (EEG)، التي تعكس النشاط الكهربائي في الدماغ، وقياسات لاكتات العرق، وهو حمض عضوي ينتجه الجسم أثناء ممارسة التمارين الرياضية والنشاط الأيضي الطبيعي، لمراقبة الجهد المبذول أثناء ممارسة الرياضة البدنية، أو لتتبع مستويات التوتر. والتركيز. ويمكن أيضًا استخدام هذه البيانات لتشخيص النوبات المختلفة، بما في ذلك نوبات الصرع.

الإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في طبيعة الهندسة الطبية الحيويةيوضح الباحثون أن أنظمة الاستشعار الكهربية داخل الأذن توفر "حلولًا أنيقة لمراقبة حالة الدماغ بشكل غير مزعج داخل قناة الأذن". تقع الأذن بالقرب من الجهاز العصبي المركزي والأوعية الدموية الرئيسية والقشرة السمعية، مما يتيح الوصول إلى المعلمات الفسيولوجية مثل تخطيط كهربية الدماغ ومعدل النبض وتشبع الأكسجين. كما أن لديها غدد عرقية خارجية الإفراز متعددة تمكن من تحليل المستقلبات الحيوية.

يشتمل الجهاز الجديد على نوعين من أجهزة الاستشعار المطبوعة على ركيزة بوليمر مرنة بسمك 150 ميكرومتر، والتي يتم تثبيتها حول سماعات الأذن. تم تصميم المستشعرات لتتبع الأنشطة اليومية باستخدام مجموعتين رئيسيتين من الميزات التي تميز صحة الدماغ والجسم. يطبق المستشعر الفيزيولوجي الكهربي شكلاً من أشكال واجهة الكمبيوتر والدماغ التي يمكن ارتداؤها في الأذن لتتبع الإشارات المتعلقة بحالة الدماغ مثل مخطط كهربية الدماغ والنشاط الكهربائي.

يقوم المستشعر الآخر بإجراء تحليل كهروكيميائي للأيضات في الأذن (في هذه الدراسة، اللاكتات في العرق). يتم تغطية المستشعرات الكهروكيميائية بمادة هيدروجيل شفافة تشبه الإسفنج تعمل كوسادة ميكانيكية بين الجلد وأجهزة الاستشعار وتحسن جمع العرق. وهي محملة بنابض لتتمكن من الاتصال بالأذن ولكن يتم ضبطها مع تحرك سماعات الأذن.

لتحديد التصميم الأمثل لأجهزة الاستشعار، أجرى الباحثون في البداية رسم خرائط وظيفية داخل قناة الأذن. بناءً على النتائج التي توصلوا إليها، قاموا بتوجيه الأقطاب الكهربية الكهربية نحو الفص الصدغي الذي يتميز بإفراز أقل للعرق، والأقطاب الكهروكيميائية نحو الموقع الذي يتمتع بإفراز عرق أعلى. ويقلل هذا التصميم من التداخل المحتمل بين المستشعرين، اللذين يفصل بينهما 2 مم فقط، ويساعد على زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء. قام الفريق أيضًا بتخصيص الشكل التفصيلي لمستشعرات الأذن المدمجة لتتناسب مع سماعة الأذن وواحد من ثلاثة أحجام من أطراف السيليكون العامة.

وقد تحقق الباحثون من فعالية أجهزة الاستشعار الخاصة بهم من خلال وصف أداء القطب الكهربائي وأنماط إشارات الدماغ المقاسة. وقاموا أيضًا بتقييم الحساسية والانتقائية والاستقرار طويل المدى لأجهزة استشعار اللاكتات، والتحقق من الحد الأدنى من التداخل بين أجهزة الاستشعار، وأكدوا الاستقرار الميكانيكي والبيئي للماسحات الضوئية المدمجة.

قام الفريق أيضًا باختبار مستشعرات سماعات الأذن على متطوعين أصحاء يقومون بركوب الدراجات الثابتة بقوة على مستوى ثابت. اكتشف الجهاز ارتفاع مستويات اللاكتات في العرق بالإضافة إلى تغيرات في نشاط الدماغ. كشف التحقق من صحة البيانات المجمعة مقابل النتائج التي تم الحصول عليها من سماعات EEG التجارية ذات التلامس الجاف وعينات الدم المحتوية على اللاكتات عن بيانات قابلة للمقارنة من كلا النظامين.

تتطلب مستشعرات اللاكتات حاليًا من المستخدمين أداء تمرينات قوية أو أنشطة أخرى تولد العرق. وبدون هذا التمرين، لا يمكن جمع كمية كافية من اللاكتات للتحليل، كما يوضح الباحث الرئيسي المشارك شنغ شو. ويخطط الباحثون لتحسين التصميم بحيث لا تكون التمارين ضرورية للمراقبة.

يتيح الترانزستور الموفر للطاقة تحليل الذكاء الاصطناعي للبيانات الصحية داخل الأجهزة القابلة للارتداء

زميل باحث رئيسي مشارك باتريك ميرسير وينصح بأن الخطط المستقبلية للفريق تتضمن أيضًا إنشاء تصميم لمعالجة البيانات الموجودة على سماعات الأذن نفسها، بهدف نقل هذه البيانات المعالجة لاسلكيًا إلى جهاز كمبيوتر أو هاتف ذكي. ويأمل الباحثون أيضًا أن تتمكن أجهزة الاستشعار الموجودة داخل الأذن من جمع بيانات إضافية، مثل تشبع الأكسجين ومستويات الجلوكوز.

ويمكن أن يؤدي البحث أيضًا إلى علاجات جديدة. يقول كاوينبيرجس: "إن الارتجاع العصبي السمعي الذي يقترن إشارات الدماغ المقاسة مع الصوت الذي يشغله الجهاز في الأذن قد يمكّن من تحقيق تقدم علاجي جديد بعيد المدى للعلاج الفعال للاضطرابات العصبية المنهكة مثل طنين الأذن".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/earbud-biosensors-provide-continuous-monitoring-of-brain-activity-and-lactate-levels/