Les biocapteurs des écouteurs assurent une surveillance continue de l’activité cérébrale et des niveaux de lactate – Physics World

Les écouteurs équipés de biocapteurs peuvent mesurer en continu l’activité électrique du cerveau et les niveaux de lactate sécrété par la sueur. L'appareil représente une nouvelle technologie de détection portable potentielle pour la détection et la surveillance des maladies neurogénératives ou la surveillance de la santé à long terme.

Développé par une équipe multidisciplinaire d'ingénieurs au Centre de capteurs portables à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego, les capteurs des écouteurs transmettent sans fil les données enregistrées à un smartphone ou à un ordinateur portable pour un affichage visuel et une analyse. Avec cette invention, les chercheurs prévoient un avenir dans lequel les systèmes de neuroimagerie et de surveillance de la santé fonctionneront avec des capteurs et des appareils mobiles facilement portables pour suivre l'activité cérébrale et les niveaux de nombreux métabolites liés à la santé tout au long de la journée.

L'intégration de signaux individuels du cerveau et du corps dans une seule plate-forme miniature représente une avancée technologique pour la technologie de détection intra-auriculaire. Les chercheurs notent que les capteurs ont un facteur de forme beaucoup plus petit, sont moins intrusifs visuellement et plus confortables à porter qu'un casque d'électroencéphalogramme (EEG) du cuir chevelu de pointe ou un lecteur de lactate sanguin commercial, tout en offrant des performances similaires.

« Être capable de mesurer la dynamique de l'activité cognitive cérébrale et de l'état métabolique du corps dans un seul appareil intra-auriculaire intégré qui n'empiète pas sur le confort et la mobilité de l'utilisateur ouvre d'énormes opportunités pour faire progresser la santé et le bien-être des personnes de tous âges. , à tout moment et en tout lieu », co-chercheur principal Gert Cauwenberghs commentaires dans un communiqué de presse.

Lorsqu'elles sont combinées, les données EEG, qui reflètent l'activité électrique du cerveau, et les mesures du lactate de sueur, un acide organique produit par le corps pendant l'exercice et l'activité métabolique normale, peuvent être utilisées pour surveiller l'effort pendant l'exercice physique ou pour suivre les niveaux de stress. et se concentrer. Ces données peuvent également être utilisées pour le diagnostic de diverses crises, notamment les crises d'épilepsie.

Rapportant leurs découvertes dans Nature Biomedical Engineering, les chercheurs expliquent que les systèmes de détection électrophysiologique intra-auriculaire fournissent « des solutions élégantes pour la surveillance discrète de l’état du cerveau à l’intérieur du conduit auditif ». L'oreille est située à proximité du système nerveux central, du système vasculaire majeur et du cortex auditif, donnant accès à des paramètres physiologiques tels que l'EEG, la fréquence du pouls et la saturation en oxygène. Il possède également plusieurs glandes sudoripares exocrines qui permettent l’analyse des métabolites vitaux.

Le nouvel appareil comprend deux types de capteurs sérigraphiés sur un substrat polymère flexible de 150 µm d'épaisseur, qui se fixent autour des écouteurs. Les capteurs sont conçus pour suivre les activités quotidiennes à l’aide de deux ensembles principaux de caractéristiques qui caractérisent la santé cerveau-corps. Le capteur électrophysiologique met en œuvre une forme d'interface cerveau-ordinateur portable dans l'oreille pour suivre les signaux liés à l'état du cerveau tels que l'EEG et l'activité électrodermique.

L’autre capteur effectue une analyse électrochimique des métabolites présents dans l’oreille (dans cette étude, le lactate présent dans la sueur). Les capteurs électrochimiques sont recouverts d’un hydrogel transparent semblable à une éponge qui agit comme un coussin mécanique entre la peau et les capteurs et améliore la collecte de la sueur. Ils sont à ressort pour maintenir le contact avec l'oreille mais s'ajustent au fur et à mesure que les écouteurs bougent.

Pour déterminer la disposition optimale des capteurs, les chercheurs ont d’abord réalisé une cartographie fonctionnelle à l’intérieur du conduit auditif. Sur la base de leurs découvertes, ils ont orienté les électrodes électrophysiologiques vers le lobe temporal qui a une sécrétion sudorale plus faible, et les électrodes électrochimiques vers l'endroit où la sécrétion sudorale est la plus élevée. Cette conception minimise la diaphonie potentielle entre les deux capteurs, séparés de seulement 2 mm, et contribue à augmenter le rapport signal/bruit. L’équipe a également personnalisé le contour des capteurs auriculaires intégrés pour qu’il corresponde à celui de l’écouteur et à l’une des trois tailles d’embouts en silicone génériques.

Les chercheurs ont validé l'efficacité de leurs capteurs en caractérisant les performances des électrodes et les modèles de signaux cérébraux mesurés. Ils ont également évalué la sensibilité, la sélectivité et la stabilité à long terme des capteurs de lactate, vérifié la diaphonie minimale entre les capteurs et confirmé la stabilité mécanique et environnementale des scanners intégrés.

L’équipe a également testé les capteurs des écouteurs sur des volontaires sains effectuant un vélo stationnaire vigoureux à un niveau fixe. L'appareil a détecté des niveaux élevés de lactate dans la sueur ainsi que des changements dans l'activité cérébrale. La validation des données collectées par rapport aux résultats obtenus à partir de casques EEG commerciaux à contact sec et d'échantillons de sang contenant du lactate a révélé des données comparables des deux systèmes.

Les capteurs de lactate obligent actuellement les utilisateurs à effectuer des exercices vigoureux ou d’autres activités générant de la sueur. Sans un tel exercice, il est impossible de collecter suffisamment de lactate pour l'analyse, explique le co-chercheur principal Sheng Xu. Les chercheurs prévoient d'améliorer la conception afin que l'exercice ne soit pas nécessaire pour le suivi.

Un transistor économe en énergie permet une analyse IA des données de santé dans les appareils portables

Chercheur co-principal Patrick Mercier indique que les projets futurs de l'équipe incluent également la création d'une conception permettant de traiter les données sur les écouteurs eux-mêmes, dans le but de transmettre ces données traitées sans fil à un ordinateur ou un smartphone. Les chercheurs espèrent également que les capteurs intra-auriculaires pourront recueillir des données supplémentaires, telles que la saturation en oxygène et les niveaux de glucose.

La recherche pourrait également déboucher sur de nouvelles thérapies. "Le neurofeedback auditif couplant les signaux cérébraux mesurés avec le son émis par le dispositif dans l'oreille pourrait permettre de nouvelles avancées thérapeutiques potentiellement de grande envergure pour la remédiation active des troubles neurologiques débilitants tels que les acouphènes", explique Cauwenberghs.

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• La source: https://physicsworld.com/a/earbud-biosensors-provide-continuous-monitoring-of-brain-activity-and-lactate-levels/