이어버드 바이오센서는 뇌 활동과 젖산 수치를 지속적으로 모니터링합니다.

바이오센서가 장착된 이어버드는 뇌의 전기적 활동과 땀 분비 젖산 수준을 지속적으로 측정할 수 있습니다. 이 장치는 신경발생성 질환의 감지 및 모니터링 또는 장기적인 건강 모니터링을 위한 잠재적인 새로운 웨어러블 감지 기술을 나타냅니다.

다양한 분야의 엔지니어들로 구성된 팀이 개발했습니다. 웨어러블 센서 연구단 UC San Diego Jacobs 공과대학의 이어버드 센서는 시각적 표시 및 분석을 위해 기록된 데이터를 스마트폰이나 노트북 컴퓨터에 무선으로 전송합니다. 본 발명을 통해 연구자들은 신경 영상 및 건강 모니터링 시스템이 쉽게 착용할 수 있는 센서 및 모바일 장치와 함께 작동하여 하루 종일 뇌 활동과 많은 건강 관련 대사산물의 수준을 추적하는 미래를 예견합니다.

개별 두뇌 및 신체 신호를 단일 소형 플랫폼에 통합하는 것은 인이어 감지 기술의 기술적 혁신을 의미합니다. 연구원들은 이 센서가 훨씬 더 작은 폼 팩터를 갖고 있으며, 최첨단 두피 뇌전도(EEG) 헤드셋이나 상업용 혈액 젖산염 측정기보다 시각적으로 덜 눈에 띄고 착용하기가 더 편안하면서도 비슷한 성능을 제공한다고 지적했습니다.

“사용자의 편안함과 이동성을 침해하지 않는 하나의 인이어 통합 장치에서 뇌 인지 활동과 신체 대사 상태의 역학을 측정할 수 있다는 것은 모든 연령대의 사람들의 건강과 웰빙을 향상시킬 수 있는 엄청난 기회를 열어줍니다. , 언제 어디서나”공동연구원 게르트 카우웬버그 언론 성명의 논평.

뇌의 전기적 활동을 반영하는 EEG 데이터와 운동 및 정상적인 대사 활동 중 신체에서 생성되는 유기산인 땀 젖산염 측정을 결합하면 신체 운동 중 노력을 모니터링하거나 스트레스 수준을 추적하는 데 사용할 수 있습니다. 그리고 집중하세요. 이러한 데이터는 간질성 발작을 비롯한 다양한 발작의 진단에도 활용될 수 있다.

에서 발견한 내용 보고 자연 생체 공학, 연구원들은 인이어 전기 생리학적 감지 시스템이 "외이도 내부의 눈에 띄지 않는 뇌 상태 모니터링에 대한 우아한 솔루션"을 제공한다고 설명합니다. 귀는 중추신경계, 주요 혈관계 및 청각 피질에 가까이 위치하여 EEG, 맥박수 및 산소 포화도와 같은 생리학적 매개변수에 대한 접근을 제공합니다. 또한 중요한 대사산물을 분석할 수 있는 여러 개의 외분비 땀샘이 있습니다.

새로운 장치는 이어버드 주위에 부착되는 150μm 두께의 유연한 폴리머 기판에 스크린 인쇄된 두 가지 유형의 센서로 구성됩니다. 센서는 뇌-신체 건강을 특징짓는 두 가지 주요 기능 세트를 사용하여 일상 활동을 추적하도록 설계되었습니다. 전기 생리학적 센서는 귀에 착용 가능한 뇌-컴퓨터 인터페이스 형태를 구현하여 EEG 및 전기 피부 활동과 같은 뇌 상태 관련 신호를 추적합니다.

다른 센서는 귀의 대사물질(이 연구에서는 땀의 젖산)에 대한 전기화학적 분석을 수행합니다. 전기화학 센서는 피부와 센서 사이의 기계적 쿠션 역할을 하고 땀 수집을 향상시키는 투명한 스폰지 모양의 하이드로겔로 덮여 있습니다. 귀와의 접촉을 유지하기 위해 스프링이 장착되어 있지만 이어버드의 움직임에 따라 조정됩니다.

센서의 최적 레이아웃을 결정하기 위해 연구원들은 처음에 외이도 내부의 기능 매핑을 수행했습니다. 연구 결과를 바탕으로 그들은 전기생리학적 전극을 땀 분비가 적은 측두엽 쪽으로, 전기화학적 전극을 땀 분비가 많은 위치로 향하게 했습니다. 이 설계는 단 2mm로 분리된 두 센서 사이의 잠재적 혼선을 최소화하고 신호 대 잡음비를 높이는 데 도움이 됩니다. 또한 팀은 이어버드와 세 가지 크기의 일반 실리콘 팁 중 하나와 일치하도록 통합 이어 센서의 윤곽선을 맞춤화했습니다.

연구원들은 전극 성능과 측정된 뇌 신호 패턴을 특성화하여 센서의 효능을 검증했습니다. 또한 젖산염 센서의 감도, 선택성 및 장기 안정성을 평가하고 센서 간의 최소 혼선을 확인했으며 통합 스캐너의 기계적 및 환경적 안정성을 확인했습니다.

또한 팀은 고정된 수준에서 격렬한 고정 사이클링을 수행하는 건강한 지원자를 대상으로 이어버드 센서를 테스트했습니다. 이 장치는 땀의 젖산 수치 증가와 뇌 활동의 변화를 감지했습니다. 상업용 건식 접촉 EEG 헤드셋과 젖산 함유 혈액 샘플에서 얻은 결과에 대해 수집된 데이터를 검증한 결과 두 시스템 모두에서 비슷한 데이터가 나타났습니다.

젖산염 센서는 현재 사용자가 격렬한 운동이나 땀을 생성하는 기타 활동을 수행하도록 요구합니다. 이러한 운동 없이는 분석을 위한 충분한 젖산을 수집할 수 없다고 공동 연구 책임자는 설명합니다. 쉬셩. 연구진은 모니터링을 위해 운동이 필요하지 않도록 설계를 개선할 계획이다.

에너지 효율적인 트랜지스터를 사용하면 웨어러블 기기 내 건강 데이터에 대한 AI 분석이 가능합니다.

동료 공동 조사관 패트릭 메르시에 팀의 향후 계획에는 처리된 데이터를 컴퓨터나 스마트폰에 무선으로 전송하는 것을 목표로 이어버드 자체의 데이터를 처리하는 설계를 만드는 것도 포함되어 있다고 조언합니다. 연구원들은 또한 인이어 센서가 산소 포화도 및 포도당 수준과 같은 추가 데이터를 수집할 수 있기를 바라고 있습니다.

이 연구는 또한 새로운 치료법으로 이어질 수 있습니다. Cauwenberghs는 "측정된 뇌 신호와 귀에 있는 장치에서 재생되는 소리를 결합하는 청각 뉴로피드백은 이명과 같은 쇠약해지는 신경 장애의 적극적인 치료를 위한 잠재적으로 광범위한 새로운 치료 발전을 가능하게 할 수 있습니다"라고 말했습니다.

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