ไบโอเซนเซอร์เอียร์บัดให้การตรวจสอบการทำงานของสมองและระดับแลคเตทอย่างต่อเนื่อง – Physics World

หูฟังที่มีไบโอเซนเซอร์สามารถวัดกิจกรรมทางไฟฟ้าของสมองและระดับแลคเตตที่หลั่งเหงื่อได้อย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์ดังกล่าวแสดงถึงเทคโนโลยีการตรวจจับแบบสวมใส่ที่มีศักยภาพใหม่สำหรับการตรวจจับและติดตามโรคที่เกิดจากระบบประสาทหรือการติดตามสุขภาพในระยะยาว

พัฒนาโดยทีมวิศวกรสหสาขาวิชาชีพที่ ศูนย์เซ็นเซอร์สวมใส่ได้ ที่ UC San Diego Jacobs School of Engineering เซ็นเซอร์เอียร์บัดจะส่งข้อมูลที่บันทึกไว้แบบไร้สายไปยังสมาร์ทโฟนหรือคอมพิวเตอร์แล็ปท็อปเพื่อแสดงและวิเคราะห์ด้วยภาพ ด้วยการประดิษฐ์นี้ นักวิจัยคาดการณ์อนาคตที่ระบบการถ่ายภาพระบบประสาทและการตรวจสุขภาพจะทำงานร่วมกับเซ็นเซอร์และอุปกรณ์เคลื่อนที่ที่สวมใส่ได้ง่าย เพื่อติดตามการทำงานของสมองและระดับของสารเมตาบอไลต์ที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพจำนวนมากตลอดทั้งวัน

การรวมสัญญาณของสมองและร่างกายเข้าด้วยกันเป็นแพลตฟอร์มขนาดเล็กเพียงอันเดียว ถือเป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสำหรับเทคโนโลยีการตรวจจับในหู นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าเซ็นเซอร์มีฟอร์มแฟคเตอร์ที่เล็กกว่ามาก บดบังสายตาน้อยกว่า และสวมใส่สบายกว่าชุดหูฟังอิเล็กโตรเซนเซฟาโลแกรม (EEG) หนังศีรษะที่ล้ำสมัยหรือเครื่องวัดแลคเตตในเลือดในเชิงพาณิชย์ ขณะเดียวกันก็ให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงกัน

“ความสามารถในการวัดไดนามิกของทั้งกิจกรรมการรับรู้ของสมองและสถานะการเผาผลาญของร่างกายในอุปกรณ์อินเอียร์แบบอินเอียร์ตัวเดียวที่ไม่ก้าวก่ายความสะดวกสบายและความคล่องตัวของผู้ใช้เปิดโอกาสอันยิ่งใหญ่ในการพัฒนาสุขภาพและความสมบูรณ์แข็งแรงของคนทุกวัย ทุกที่ทุกเวลา” ผู้ร่วมวิจัยหลัก เกิร์ต เคาเวนเบิร์ก ความคิดเห็นในการแถลงข่าว

เมื่อรวมเข้าด้วยกัน ข้อมูล EEG ซึ่งสะท้อนถึงกิจกรรมทางไฟฟ้าในสมอง และการวัดแลคเตตในเหงื่อ ซึ่งเป็นกรดอินทรีย์ที่ร่างกายผลิตขึ้นระหว่างการออกกำลังกายและกิจกรรมการเผาผลาญตามปกติ สามารถใช้ในการติดตามความพยายามระหว่างการออกกำลังกาย หรือเพื่อติดตามระดับความเครียด และโฟกัส ข้อมูลดังกล่าวยังสามารถนำไปใช้ในการวินิจฉัยอาการชักต่างๆ รวมถึงโรคลมชักได้ด้วย

รายงานการค้นพบของพวกเขาใน วิศวกรรมชีวการแพทย์นักวิจัยอธิบายว่าระบบตรวจจับอิเล็กโทรฟิสิกส์วิทยาในหูให้ "โซลูชั่นที่หรูหราสำหรับการตรวจสอบสถานะสมองภายในช่องหูที่ไม่เป็นการรบกวน" หูตั้งอยู่ใกล้กับระบบประสาทส่วนกลาง หลอดเลือดใหญ่ และเยื่อหุ้มสมองการได้ยิน ช่วยให้เข้าถึงพารามิเตอร์ทางสรีรวิทยา เช่น EEG อัตราชีพจร และความอิ่มตัวของออกซิเจน นอกจากนี้ยังมีต่อมเหงื่อหลายต่อมที่ช่วยให้สามารถวิเคราะห์สารเมตาบอไลต์ที่สำคัญได้

อุปกรณ์ใหม่ประกอบด้วยหน้าจอเซ็นเซอร์สองประเภทที่พิมพ์ลงบนพื้นผิวโพลีเมอร์ยืดหยุ่นความหนา 150 µm ซึ่งติดอยู่รอบๆ เอียร์บัด เซ็นเซอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อติดตามกิจกรรมในแต่ละวันโดยใช้คุณสมบัติหลักสองชุดที่บ่งบอกถึงสุขภาพสมองและร่างกาย เซ็นเซอร์ไฟฟ้าสรีรวิทยาใช้รูปแบบของอินเทอร์เฟซสมองและคอมพิวเตอร์ที่สวมใส่ได้ในหูเพื่อติดตามสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับสถานะของสมอง เช่น EEG และการทำงานของอิเล็กโทรเดอร์มัล

เซ็นเซอร์อีกตัวทำการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้าของสารเมตาบอไลต์ในหู (ในการศึกษานี้ คือแลคเตตในเหงื่อ) เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีถูกปกคลุมไปด้วยไฮโดรเจลที่มีลักษณะคล้ายฟองน้ำโปร่งใส ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกันกระแทกเชิงกลระหว่างผิวหนังกับเซ็นเซอร์ และช่วยเพิ่มการสะสมของเหงื่อ มีสปริงโหลดเพื่อให้สัมผัสกับหูแต่จะปรับเมื่อเอียร์บัดขยับ

เพื่อกำหนดรูปแบบที่เหมาะสมที่สุดของเซ็นเซอร์ นักวิจัยเริ่มดำเนินการแมปฟังก์ชันภายในช่องหู จากการค้นพบนี้ พวกเขาวางอิเล็กโทรดทางฟิสิกส์วิทยาไปทางกลีบขมับซึ่งมีการหลั่งเหงื่อน้อยกว่า และอิเล็กโทรดเคมีไฟฟ้าไปยังตำแหน่งที่มีการหลั่งเหงื่อสูงกว่า การออกแบบนี้ช่วยลดสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นระหว่างเซ็นเซอร์สองตัว ซึ่งแยกจากกันเพียง 2 มม. และช่วยเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน ทีมงานยังปรับแต่งโครงร่างของเซ็นเซอร์หูในตัวเพื่อให้เข้ากับเอียร์บัดและปลายซิลิโคนทั่วไปหนึ่งในสามขนาด

นักวิจัยได้ตรวจสอบประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์โดยพิจารณาลักษณะประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดและรูปแบบสัญญาณสมองที่วัดได้ พวกเขายังประเมินความไว ความสามารถในการเลือกสรร และความเสถียรในระยะยาวของเซ็นเซอร์แลคเตต ตรวจสอบครอสทอล์คที่น้อยที่สุดระหว่างเซ็นเซอร์ และยืนยันความเสถียรทางกลและสิ่งแวดล้อมของเครื่องสแกนในตัว

ทีมงานยังได้ทดสอบเซ็นเซอร์เอียร์บัดที่ได้รับการทดสอบแล้วในอาสาสมัครที่มีสุขภาพดีซึ่งปั่นจักรยานอยู่กับที่อย่างแข็งแรงในระดับคงที่ อุปกรณ์ตรวจพบระดับแลคเตตในเหงื่อที่เพิ่มขึ้น รวมถึงการเปลี่ยนแปลงในการทำงานของสมอง การตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลที่รวบรวมกับผลลัพธ์ที่ได้รับจากชุดหูฟัง EEG แบบสัมผัสแห้งเชิงพาณิชย์และตัวอย่างเลือดที่มีแลคเตต เผยให้เห็นข้อมูลที่เปรียบเทียบกันได้จากทั้งสองระบบ

ปัจจุบันเซ็นเซอร์แลคเตทต้องการให้ผู้ใช้ออกกำลังกายหนักๆ หรือทำกิจกรรมอื่นๆ ที่สร้างเหงื่อ หากไม่มีการออกกำลังกายดังกล่าว จะไม่สามารถรวบรวมแลคเตตที่เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์ได้ ผู้วิจัยหลักร่วมอธิบาย เซิง ซู. นักวิจัยวางแผนที่จะปรับปรุงการออกแบบเพื่อไม่ให้มีความจำเป็นในการติดตามการออกกำลังกาย

ทรานซิสเตอร์ประหยัดพลังงานช่วยให้สามารถวิเคราะห์ข้อมูลด้านสุขภาพโดย AI ภายในอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้

ผู้ร่วมวิจัยหลักร่วม แพทริค เมอร์ซิเออร์ แนะนำว่าแผนในอนาคตของทีมยังรวมถึงการสร้างการออกแบบเพื่อประมวลผลข้อมูลบนหูฟังเอียร์บัดด้วยตนเอง โดยมีเป้าหมายในการส่งข้อมูลที่ประมวลผลเหล่านี้แบบไร้สายไปยังคอมพิวเตอร์หรือสมาร์ทโฟน นักวิจัยยังหวังว่าเซ็นเซอร์ชนิดใส่ในหูสามารถรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติม เช่น ความอิ่มตัวของออกซิเจนและระดับกลูโคส

การวิจัยยังสามารถนำไปสู่การบำบัดแบบใหม่ได้ “การตอบสนองทางระบบประสาททางการได้ยินที่เชื่อมต่อสัญญาณสมองที่วัดได้เข้ากับเสียงที่เล่นโดยอุปกรณ์ในหูอาจช่วยให้มีความก้าวหน้าในการรักษาแบบใหม่ที่กว้างขวางสำหรับการแก้ไขความผิดปกติทางระบบประสาทที่ทำให้ร่างกายอ่อนแอ เช่น หูอื้อ” Cauwenberghs กล่าว

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/earbud-biosensors-provide-continuous-monitoring-of-brain-activity-and-lactate-levels/