A fülhallgató-bioszenzorok az agyi aktivitás és a laktátszint folyamatos monitorozását biztosítják – Physics World

A fülhallgató-bioszenzorok az agyi aktivitás és a laktátszint folyamatos monitorozását biztosítják – Physics World

Időbélyeg: 15. november 2023. 5:00

Fülhallgatós bioszenzorok
Egyidejű érzékelés Rugalmas elektrokémiai és elektrofiziológiai érzékelők vannak rögzítve a fülbe helyezhető fejhallgatóhoz vagy fülhallgatóhoz egy bélyegszerű felületen keresztül. Miután a füldugót behelyezték a hallójáratba, az érzékelők egyidejűleg figyelik az agy állapotát és az edzési szintet. (Jóvolt: Erik Jepsen/Kaliforniai Egyetem, San Diego)

A bioszenzorokkal felszerelt fülhallgatók folyamatosan mérhetik az agy elektromos aktivitását és az izzadságkiválasztó laktát szintjét. Az eszköz egy potenciális új, hordható érzékelő technológiát képvisel a neurogeneratív betegségek kimutatására és monitorozására vagy a hosszú távú egészségi állapot monitorozására.

Egy multidiszciplináris mérnökcsapat fejlesztette ki a Viselhető érzékelők központja Az UC San Diego Jacobs School of Engineering-ben a fülhallgató-érzékelők vezeték nélkül továbbítják a rögzített adatokat egy okostelefonra vagy laptopra vizuális megjelenítés és elemzés céljából. Ezzel a találmánnyal a kutatók azt a jövőt vetítik előre, amelyben az idegrendszeri képalkotó és egészségfigyelő rendszerek könnyen hordható érzékelőkkel és mobileszközökkel dolgoznak, hogy nyomon követhessék az agyi aktivitást és számos egészséggel kapcsolatos metabolit szintjét a nap folyamán.

Az egyes agyi és testjelek egyetlen miniatűr platformba történő integrálása technológiai áttörést jelent a fülbe épített érzékelési technológia terén. A kutatók megjegyzik, hogy a szenzorok alaktényezője sokkal kisebb, vizuálisan kevésbé feltűnőek és kényelmesebb viseletük, mint a legmodernebb fejbőr elektroencefalogramos (EEG) fejhallgató vagy kereskedelmi forgalomban kapható vér-laktátmérő, miközben hasonló teljesítményt nyújtanak.

„Az agyi kognitív tevékenység és a test anyagcsere-állapotának dinamikájának mérése egyetlen, a fülbe integrált eszközzel, amely nem befolyásolja a felhasználó kényelmét és mobilitását, óriási lehetőségeket nyit meg minden korosztály számára az egészség és a jólét javítására. , bármikor és bárhol” – a nyomozótárs Gert Cauwenberghs kommentálja egy sajtóközleményben.

Az agy elektromos aktivitását tükröző EEG-adatok és a test által az edzés és a normál anyagcsere során termelt szerves sav, a verejték-laktát mérései együttesen felhasználhatók a fizikai edzés során végzett erőfeszítés nyomon követésére vagy a stressz szintjének nyomon követésére. és összpontosítani. Az ilyen adatok felhasználhatók különféle rohamok, köztük epilepsziás rohamok diagnosztizálására is.

Eredményeikről beszámolnak Természet Biomedical Engineering, a kutatók kifejtik, hogy a fülbe épített elektrofiziológiai érzékelőrendszerek „elegáns megoldásokat kínálnak a hallójáraton belüli, észrevétlen agyi állapot monitorozására”. A fül a központi idegrendszer, a fő érrendszer és a hallókéreg közelében helyezkedik el, hozzáférést biztosítva az olyan fiziológiai paraméterekhez, mint az EEG, a pulzusszám és az oxigéntelítettség. Számos exokrin verejtékmirigy is van, amelyek lehetővé teszik a létfontosságú metabolitok elemzését.

Az új eszköz kétféle érzékelőt tartalmaz, amelyek egy 150 µm vastagságú rugalmas polimer hordozóra vannak nyomtatva, amely a fülhallgatók köré csatlakozik. Az érzékelőket arra tervezték, hogy nyomon kövessék a napi tevékenységeket két fő funkciókészlet segítségével, amelyek az agy-test egészségét jellemzik. Az elektrofiziológiai érzékelő egy hordható agy-számítógép interfész egy formáját valósítja meg a fülben az agy állapotával kapcsolatos jelek, például az EEG és az elektrodermális aktivitás nyomon követésére.

A másik érzékelő a fülben lévő metabolitok (ebben a vizsgálatban a verejtékben lévő laktát) elektrokémiai elemzését végzi. Az elektrokémiai érzékelőket átlátszó, szivacsszerű hidrogél borítja, amely mechanikus párnaként működik a bőr és az érzékelők között, és javítja az izzadsággyűjtést. Rugós terhelésűek, hogy tartsák a kapcsolatot a füllel, de a füldugók mozgása során igazodnak.

Az érzékelők optimális elrendezésének meghatározásához a kutatók kezdetben funkcionális feltérképezést végeztek a hallójáraton belül. Eredményeik alapján az elektrofiziológiai elektródákat a halántéklebeny felé irányították, amelyik alacsonyabb verejtékkiválasztású, az elektrokémiai elektródákat pedig a magasabb verejtékkiválasztású hely felé. Ez a kialakítás minimálisra csökkenti az áthallást a két érzékelő között, amelyek egymástól mindössze 2 mm-re vannak egymástól, és segít növelni a jel-zaj arányt. A csapat az integrált fülérzékelők körvonalát is testre szabta, hogy illeszkedjen a fülhallgatóhoz, valamint az általános szilikonvégek három méretének egyikéhez.

A kutatók az elektródák teljesítményének és a mért agyi jelmintáknak a jellemzésével igazolták érzékelőik hatékonyságát. Felmérték a laktátszenzorok érzékenységét, szelektivitását és hosszú távú stabilitását, ellenőrizték a szenzorok közötti minimális áthallást, valamint megerősítették az integrált szkennerek mechanikai és környezeti stabilitását.

A csapat a tesztelt fülhallgató-érzékelőket egészséges önkénteseken is tesztelte, akik határozott szinten, erőteljes, álló kerékpározást végeztek. A készülék megemelkedett verejték-laktátszintet, valamint az agyi aktivitás változásait észlelte. Az összegyűjtött adatok hitelesítése a kereskedelemben kapható száraz érintkezésű EEG-fejhallgatók és laktáttartalmú vérminták eredményeivel összehasonlítható adatokat mutatott ki mindkét rendszerből.

A laktátszenzorok jelenleg erőteljes testmozgást vagy egyéb verejtékezést okozó tevékenységet követelnek meg a felhasználóktól. Ilyen gyakorlatok nélkül nem lehet elegendő laktátot gyűjteni az elemzéshez, magyarázza a kutatótárs Sheng Xu. A kutatók azt tervezik, hogy javítják a tervezést, hogy a monitorozáshoz ne legyen szükség gyakorlatokra.

Társ-kutatótárs Patrick Mercier azt tanácsolja, hogy a csapat jövőbeni tervei között szerepeljen egy olyan terv létrehozása is, amely a fülhallgatón lévő adatokat dolgozza fel, azzal a céllal, hogy ezeket a feldolgozott adatokat vezeték nélkül továbbítsa egy számítógépre vagy okostelefonra. A kutatók azt is remélik, hogy a fülbe épített szenzorok további adatokat gyűjthetnek, például oxigéntelítettséget és glükózszintet.

A kutatás új terápiákhoz is vezethet. „A mért agyi jelek és az eszköz által a fülben lejátszott hang közötti hallási neurofeedback összekapcsolása potenciálisan nagy horderejű új terápiás előrelépéseket tehet lehetővé a legyengítő neurológiai rendellenességek, például a fülzúgás aktív gyógyításában” – mondja Cauwenberghs.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa