חיישנים ביולוגיים של אוזניות מספקים ניטור רציף של פעילות המוח ורמות הלקטט - Physics World

אוזניות המצוידות בחיישנים ביו יכולות למדוד באופן רציף את הפעילות החשמלית של המוח ואת רמות הפרשת הזיעה לקטט. המכשיר מייצג טכנולוגיית חישה לבישה חדשה פוטנציאלית לאיתור וניטור של מחלות נוירו-גנרטיביות או ניטור בריאות לטווח ארוך.

פותח על ידי צוות רב תחומי של מהנדסים ב- המרכז לחיישנים לבישים בבית הספר להנדסה באוניברסיטת סן דייגו ג'ייקובס, חיישני האוזניות משדרים באופן אלחוטי את הנתונים המוקלטים לסמארטפון או למחשב נייד לצורך תצוגה וניתוח חזותי. עם המצאה זו, החוקרים צופים עתיד שבו מערכות הדמייה וניטור בריאות פועלות עם חיישנים קלים לבישים ומכשירים ניידים כדי לעקוב אחר פעילות המוח ורמות של מטבוליטים רבים הקשורים לבריאות לאורך היום.

השילוב של אותות מוח וגוף בודדים בפלטפורמה מיניאטורית אחת מייצג פריצת דרך טכנולוגית לטכנולוגיית חישה בתוך האוזן. החוקרים מציינים שלחיישנים יש גורם צורה קטן בהרבה, הם פחות פולשניים מבחינה ויזואלית ונוחים יותר ללבישה מאשר אוזניות אלקטרואנצפלוגרמה של הקרקפת (EEG) חדישות או מד לקטט בדם מסחרי, תוך שהם מציעים ביצועים דומים.

"היכולת למדוד את הדינמיקה של פעילות קוגניטיבית מוחית ומצב מטבולי בגוף במכשיר אחד משולב בתוך האוזן שאינו חודר לנוחות ולניידות של המשתמש פותח הזדמנויות אדירות לקידום בריאות ואיכות חיים של אנשים בכל הגילאים , בכל זמן ובכל מקום", חוקר ראשי שותף גרט קובנברג מעיר בהצהרה לעיתונות.

בשילוב, נתוני EEG, המשקפים פעילות חשמלית במוח, ומדידות של זיעה לקטט, חומצה אורגנית המיוצרת על ידי הגוף במהלך פעילות גופנית ופעילות מטבולית רגילה, יכולים לשמש לניטור מאמץ במהלך פעילות גופנית, או לעקוב אחר רמות הלחץ ולהתמקד. נתונים כאלה יכולים לשמש גם לאבחון של התקפים שונים, לרבות התקפים אפילפטיים.

דיווח על ממצאיהם ב הנדסה ביו רפואית, מסבירים החוקרים כי מערכות חישה אלקטרופיזיולוגיות בתוך האוזן מספקות "פתרונות אלגנטיים לניטור לא פולשני של מצב המוח בתוך תעלת האוזן". האוזן ממוקמת קרוב למערכת העצבים המרכזית, כלי הדם הראשיים וקליפת השמיעה, ומספקת גישה לפרמטרים פיזיולוגיים כגון EEG, דופק וריווי חמצן. יש לו גם בלוטות זיעה אקסוקריניות מרובות המאפשרות ניתוח של מטבוליטים חיוניים.

המכשיר החדש כולל שני סוגים של חיישנים המודפסים על גבי מצע פולימרי גמיש בעובי 150 מיקרומטר, שמתחבר סביב האוזניות. החיישנים מתוכננים לעקוב אחר פעילויות יומיומיות תוך שימוש בשתי קבוצות עיקריות של תכונות המאפיינות את בריאות המוח-גוף. החיישן האלקטרו-פיזיולוגי מיישם צורה של ממשק מוח-מחשב לביש באוזן כדי לעקוב אחר אותות הקשורים למצב המוח כגון EEG ופעילות אלקטרו-דרמלית.

החיישן השני מבצע ניתוח אלקטרוכימי של מטבוליטים באוזן (במחקר זה, לקטט בזיעה). החיישנים האלקטרוכימיים מכוסים בהידרוג'ל שקוף דמוי ספוג הפועל ככרית מכנית בין העור לחיישנים ומשפר את איסוף הזיעה. הן עמוסות בקפיצים כדי לשמור על מגע עם האוזן אך מתכווננות כאשר האוזניות זזות.

כדי לקבוע את הפריסה האופטימלית של החיישנים, ביצעו החוקרים בתחילה מיפוי פונקציונלי בתוך תעלת האוזן. בהתבסס על הממצאים שלהם, הם כיוונו את האלקטרודות האלקטרודות-פיזיולוגיות לכיוון האונה הטמפורלית שבה הפרשה נמוכה יותר של זיעה, ואת האלקטרודות האלקטרוכימיות לכיוון המיקום עם הפרשת זיעה גבוהה יותר. עיצוב זה ממזער דיבור פוטנציאלי בין שני החיישנים, המופרדים ב-2 מ"מ בלבד, ועוזר להגדיל את יחס האות לרעש. הצוות גם התאים אישית את קווי המתאר של חיישני האוזניים המשולבים כך שיתאימו לזה של האוזניה ולאחד משלושה גדלים של קצות סיליקון גנריות.

החוקרים אימתו את היעילות של החיישנים שלהם על ידי אפיון ביצועי האלקטרודה ודפוסי האותות הנמדדים במוח. הם גם העריכו את הרגישות, הסלקטיביות והיציבות ארוכת הטווח של חיישני הלקטט, אימתו את ההצלבה המינימלית בין חיישנים ואישרו את היציבות המכנית והסביבתית של הסורקים המשולבים.

הצוות גם בדק את חיישני האוזניות אצל מתנדבים בריאים שביצעו רכיבה נמרצת על אופניים נייחים ברמה קבועה. המכשיר זיהה רמות גבוהות של לקטאט זיעה וכן שינויים בפעילות המוח. אימות הנתונים שנאספו מול תוצאות שהתקבלו מאוזניות EEG מסחריות למגע יבש ודגימות דם המכילות לקטט גילה נתונים דומים משתי המערכות.

חיישני הלקטט דורשים כיום מהמשתמשים לבצע פעילות גופנית נמרצת או פעילויות אחרות שיוצרות זיעה. ללא פעילות גופנית כזו, לא ניתן לאסוף מספיק לקטט לניתוח, מסביר חוקר ראשי שנג שו. החוקרים מתכננים לשפר את התכנון כך שלא יהיה צורך בפעילות גופנית לצורך ניטור.

טרנזיסטור חסכוני באנרגיה מאפשר ניתוח בינה מלאכותית של נתוני בריאות בתוך מכשירים לבישים

עמית חוקר ראשי פטריק מרסייה מייעץ כי התוכניות העתידיות של הצוות כוללות גם יצירת עיצוב לעיבוד הנתונים על האוזניות עצמן, במטרה להעביר את הנתונים המעובדים הללו באופן אלחוטי למחשב או לסמארטפון. החוקרים מקווים גם שהחיישנים בתוך האוזן יוכלו לאסוף נתונים נוספים, כגון רווית חמצן ורמות גלוקוז.

המחקר עשוי להוביל גם לטיפולים חדשים. "נוירופידבק שמיעתי שצימוד את האותות המוחיים הנמדדים עם צליל שמשמיע המכשיר באוזן עשוי לאפשר התקדמות טיפולית חדשה מרחיקת לכת לתיקון אקטיבי של הפרעות נוירולוגיות מתישות כמו טינטון", אומר Cauwenbergs.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/earbud-biosensors-provide-continuous-monitoring-of-brain-activity-and-lactate-levels/