حسگرهای زیستی هدفون نظارت مستمر بر فعالیت مغز و سطوح لاکتات - Physics World را فراهم می‌کنند

هدفون های مجهز به حسگرهای زیستی می توانند به طور مداوم فعالیت الکتریکی مغز و سطوح لاکتات ترشح عرق را اندازه گیری کنند. این دستگاه یک فناوری حسگر پوشیدنی جدید بالقوه برای تشخیص و نظارت بر بیماری‌های عصبی یا پایش طولانی مدت سلامتی را نشان می‌دهد.

توسعه یافته توسط یک تیم چند رشته ای از مهندسان در مرکز سنسورهای پوشیدنی در دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs، حسگرهای هدفون به صورت بی سیم داده های ضبط شده را برای نمایش بصری و تجزیه و تحلیل به یک گوشی هوشمند یا رایانه لپ تاپ منتقل می کنند. با این اختراع، محققان آینده‌ای را پیش‌بینی می‌کنند که در آن سیستم‌های تصویربرداری عصبی و نظارت بر سلامت با حسگرها و دستگاه‌های تلفن همراه به راحتی قابل پوشیدن برای ردیابی فعالیت مغز و سطوح بسیاری از متابولیت‌های مرتبط با سلامتی در طول روز کار می‌کنند.

ادغام سیگنال های مغز و بدن فردی در یک پلت فرم مینیاتوری نشان دهنده یک پیشرفت تکنولوژیکی برای فناوری حسگر درون گوش است. محققان خاطرنشان می‌کنند که این حسگرها دارای ضریب شکل بسیار کوچک‌تری هستند، از نظر بصری کمتر و راحت‌تر از هدست‌های پیشرفته الکتروانسفالوگرافی پوست سر (EEG) یا لاکتات‌سنج‌های تجاری خون استفاده می‌شوند، در حالی که عملکرد مشابهی دارند.

توانایی اندازه‌گیری پویایی فعالیت‌های شناختی مغز و وضعیت متابولیک بدن در یک دستگاه یکپارچه داخل گوش که به راحتی و تحرک کاربر تضعیف نمی‌شود، فرصت‌های فوق‌العاده‌ای را برای ارتقای سلامت و تندرستی افراد در تمام سنین باز می‌کند. ، در هر زمان و هر مکان،" محقق ارشد گرت کوونبرگس نظرات در بیانیه مطبوعاتی

وقتی با هم ترکیب شوند، داده های EEG، که فعالیت الکتریکی در مغز را منعکس می کند، و اندازه گیری لاکتات عرق، یک اسید آلی تولید شده توسط بدن در طول ورزش و فعالیت متابولیک طبیعی، می تواند برای نظارت بر تلاش در حین تمرین بدنی یا برای ردیابی سطوح استرس استفاده شود. و تمرکز کنید. از چنین داده هایی می توان برای تشخیص انواع تشنج از جمله تشنج صرع نیز استفاده کرد.

گزارش یافته های خود در مهندسی پزشکی بیولوژیکیمحققان توضیح می‌دهند که سیستم‌های حسگر الکتروفیزیولوژیکی درون گوش «راه‌حل‌های زیبا برای نظارت بر وضعیت مغز در داخل کانال گوش» ارائه می‌کنند. گوش نزدیک به سیستم عصبی مرکزی، عروق اصلی و قشر شنوایی قرار دارد و دسترسی به پارامترهای فیزیولوژیکی مانند EEG، ضربان نبض و اشباع اکسیژن را فراهم می کند. همچنین دارای چندین غدد عرق برون ریز است که تجزیه و تحلیل متابولیت های حیاتی را امکان پذیر می کند.

دستگاه جدید شامل دو نوع سنسور است که بر روی یک بستر پلیمری انعطاف پذیر با ضخامت 150 میکرومتر چاپ شده و در اطراف هدفون ها وصل می شود. این حسگرها برای ردیابی فعالیت های روزانه با استفاده از دو مجموعه اصلی از ویژگی هایی طراحی شده اند که سلامت مغز و بدن را مشخص می کند. حسگر الکتروفیزیولوژیک شکلی از رابط پوشیدنی مغز و رایانه را در گوش پیاده‌سازی می‌کند تا سیگنال‌های مربوط به وضعیت مغز مانند EEG و فعالیت الکترودرمال را ردیابی کند.

سنسور دیگر آنالیز الکتروشیمیایی متابولیت های گوش را انجام می دهد (در این مطالعه، لاکتات در عرق). سنسورهای الکتروشیمیایی با یک هیدروژل شفاف و اسفنج مانند پوشیده شده اند که به عنوان یک بالشتک مکانیکی بین پوست و سنسورها عمل می کند و جمع آوری عرق را بهبود می بخشد. آنها دارای فنر هستند تا تماس با گوش را حفظ کنند، اما با حرکت هدفون تنظیم می شوند.

برای تعیین چیدمان بهینه حسگرها، محققان در ابتدا نقشه‌برداری عملکردی داخل کانال گوش را انجام دادند. آنها بر اساس یافته‌های خود، الکترودهای الکتروفیزیولوژیک را به سمت لوب تمپورال که ترشح عرق کمتری دارد، و الکترودهای الکتروشیمیایی را به سمت محل با ترشح عرق بیشتر جهت‌دادند. این طراحی تداخل احتمالی بین دو سنسور را که تنها 2 میلی متر از هم جدا شده اند به حداقل می رساند و به افزایش نسبت سیگنال به نویز کمک می کند. این تیم همچنین خطوط کلی حسگرهای گوش یکپارچه را برای مطابقت با هدفون و یکی از سه اندازه نوک سیلیکونی عمومی سفارشی کردند.

محققان کارایی حسگرهای خود را با مشخص کردن عملکرد الکترود و الگوهای سیگنال مغزی اندازه‌گیری شده تأیید کردند. آنها همچنین حساسیت، گزینش پذیری و پایداری طولانی مدت حسگرهای لاکتات را ارزیابی کردند، حداقل تداخل بین سنسورها را تأیید کردند و پایداری مکانیکی و محیطی اسکنرهای یکپارچه را تأیید کردند.

این تیم همچنین حسگرهای هدفون تست شده را در داوطلبان سالمی که دوچرخه‌سواری ثابت شدید را در سطح ثابتی انجام می‌دادند، آزمایش کردند. این دستگاه افزایش سطح لاکتات عرق و همچنین تغییرات در فعالیت مغز را شناسایی کرد. اعتبارسنجی داده‌های جمع‌آوری‌شده در برابر نتایج به‌دست‌آمده از هدست‌های تجاری EEG با تماس خشک و نمونه‌های خون حاوی لاکتات، داده‌های قابل مقایسه از هر دو سیستم را نشان داد.

حسگرهای لاکتات در حال حاضر به کاربران نیاز دارند تا ورزش های شدید یا سایر فعالیت هایی را انجام دهند که باعث ایجاد عرق می شود. محقق همکار توضیح می دهد که بدون چنین تمرینی، لاکتات کافی برای تجزیه و تحلیل نمی توان جمع آوری کرد شنگ شو. محققان قصد دارند طراحی را بهبود بخشند تا ورزش برای نظارت ضروری نباشد.

ترانزیستور کم مصرف، تجزیه و تحلیل هوش مصنوعی داده های سلامت را در دستگاه های پوشیدنی امکان پذیر می کند

همکار محقق ارشد پاتریک مرسیه توصیه می‌کند که برنامه‌های آتی تیم شامل ایجاد طرحی برای پردازش داده‌های روی هدفون‌ها با هدف انتقال این داده‌های پردازش شده به‌صورت بی‌سیم به رایانه یا تلفن هوشمند است. محققان همچنین امیدوارند که حسگرهای داخل گوش بتوانند داده های بیشتری مانند اشباع اکسیژن و سطح گلوکز را جمع آوری کنند.

این تحقیق همچنین می تواند به درمان های جدید منجر شود. Cauwenberghs می‌گوید: «نوروفیدبک شنیداری که سیگنال‌های مغزی اندازه‌گیری‌شده را با صدایی که توسط دستگاه در گوش پخش می‌شود، مرتبط می‌کند، ممکن است پیشرفت‌های درمانی جدید بالقوه گسترده‌ای را برای بهبود فعال اختلالات عصبی ناتوان‌کننده مانند وزوز گوش امکان‌پذیر کند».

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/earbud-biosensors-provide-continuous-monitoring-of-brain-activity-and-lactate-levels/