Біосенсори навушників забезпечують постійний моніторинг активності мозку та рівня лактату – Physics World

Навушники, оснащені біосенсорами, можуть безперервно вимірювати електричну активність мозку та рівні виділення лактату поту. Пристрій являє собою потенційну нову технологію датчиків для виявлення та моніторингу нейрогенеративних захворювань або довгострокового моніторингу здоров’я.

Розроблено багатопрофільною групою інженерів у Центр носимих датчиків У Школі інженерії Джейкобса Каліфорнійського університету в Сан-Дієго датчики навушників бездротово передають записані дані на смартфон або ноутбук для візуального відображення та аналізу. Завдяки цьому винаходу дослідники передбачають майбутнє, в якому системи нейровізуалізації та моніторингу здоров’я працюватимуть із датчиками, які легко носити, і мобільними пристроями, щоб відстежувати мозкову активність і рівні багатьох пов’язаних зі здоров’ям метаболітів протягом дня.

Інтеграція індивідуальних сигналів мозку та тіла в єдину мініатюрну платформу є технологічним проривом у сфері внутрішньовушних датчиків. Дослідники відзначають, що датчики мають набагато менший форм-фактор, менш візуально нав’язливі та зручніші в носінні, ніж найсучасніші навушники для електроенцефалограми (ЕЕГ) шкіри голови або комерційні глюкометри лактату в крові, але водночас пропонують подібну продуктивність.

«Можливість вимірювати динаміку як когнітивної активності мозку, так і метаболічного стану організму в одному внутрішньому пристрої, який не заважає комфорту та мобільності користувача, відкриває величезні можливості для покращення здоров’я та благополуччя людей різного віку. , у будь-який час і в будь-якому місці», – співголовний дослідник Герт Каувенберг коментарі в заяві для преси.

У поєднанні дані ЕЕГ, які відображають електричну активність у мозку, і вимірювання лактату поту, органічної кислоти, що виробляється організмом під час фізичних вправ, і нормальної метаболічної активності, можна використовувати для моніторингу зусиль під час фізичних вправ або відстеження рівня стресу і зосередитися. Такі дані також можна використовувати для діагностики різних нападів, у тому числі епілептичних.

Повідомляючи про свої висновки в Природа Біомедична інженерія, дослідники пояснюють, що внутрішньовушні електрофізіологічні сенсорні системи забезпечують «елегантні рішення для ненав’язливого моніторингу стану мозку всередині слухового проходу». Вухо розташоване поблизу центральної нервової системи, великої судинної мережі та слухової кори, забезпечуючи доступ до таких фізіологічних параметрів, як ЕЕГ, частота пульсу та насичення киснем. Він також має кілька екзокринних потових залоз, які дозволяють аналізувати життєво важливі метаболіти.

Новий пристрій містить два типи датчиків, надрукованих трафаретним способом на гнучкій полімерній підкладці товщиною 150 мкм, яка кріпиться навколо навушників. Датчики призначені для відстеження повсякденної діяльності за допомогою двох основних наборів характеристик, які характеризують здоров’я мозку та тіла. Електрофізіологічний датчик реалізує форму переносного інтерфейсу мозок-комп’ютер у вусі для відстеження сигналів, пов’язаних зі станом мозку, таких як ЕЕГ і електрошкірна активність.

Інший датчик виконує електрохімічний аналіз метаболітів у вусі (у цьому дослідженні лактат у поті). Електрохімічні датчики вкриті прозорим, схожим на губку гідрогелем, який діє як механічна подушка між шкірою та датчиками та покращує збір поту. Вони підпружинені, щоб підтримувати контакт із вухом, але регулюються відповідно до руху навушників.

Щоб визначити оптимальне розташування датчиків, дослідники спочатку виконали функціональне відображення всередині слухового проходу. Ґрунтуючись на своїх висновках, вони зорієнтували електрофізіологічні електроди на скроневу частку, яка має меншу секрецію поту, а електрохімічні електроди – на місце з більшою секрецією поту. Ця конструкція мінімізує потенційні перехресні перешкоди між двома датчиками, які віддалені лише на 2 мм, і допомагає збільшити співвідношення сигнал/шум. Команда також налаштувала контур вбудованих вушних датчиків відповідно до навушників і одного з трьох розмірів стандартних силіконових насадок.

Дослідники підтвердили ефективність своїх датчиків, охарактеризувавши характеристики електродів і виміряні шаблони сигналів мозку. Вони також оцінили чутливість, вибірковість і довгострокову стабільність лактатних датчиків, перевірили мінімальні перехресні перешкоди між датчиками та підтвердили механічну та екологічну стабільність вбудованих сканерів.

Команда також протестувала тестовані датчики навушників на здорових добровольцях, які виконували інтенсивну нерухому їзду на велосипеді на фіксованому рівні. Пристрій виявив підвищений рівень лактату поту, а також зміни в мозковій активності. Перевірка зібраних даних із результатами, отриманими від комерційних сухих контактних ЕЕГ-гарнітур і зразків крові, що містять лактат, виявила порівняльні дані з обох систем.

Датчики лактату наразі вимагають від користувачів інтенсивних фізичних вправ або інших дій, які виділяють піт. Без таких вправ неможливо зібрати достатню кількість лактату для аналізу, пояснює співголовний дослідник Шен Сю. Дослідники планують удосконалити дизайн таким чином, щоб для моніторингу не потрібні були фізичні вправи.

Енергоефективний транзистор дає змогу штучному інтелекту аналізувати дані про стан здоров’я на пристроях, які можна носити

Співголовний дослідник Патрік Мерсьє повідомляє, що майбутні плани команди також включають створення конструкції для обробки даних на самих навушниках з метою передачі цих оброблених даних бездротовим способом на комп’ютер або смартфон. Дослідники також сподіваються, що вушні датчики зможуть збирати додаткові дані, такі як рівень насичення киснем і рівень глюкози.

Дослідження також може призвести до нових методів лікування. «Слуховий нервовий зворотний зв’язок, який поєднує виміряні сигнали мозку зі звуком, який відтворює пристрій у вусі, може дати потенційно нові далекосяжні терапевтичні досягнення для активного лікування виснажливих неврологічних розладів, таких як шум у вухах», — каже Каувенберг.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/earbud-biosensors-provide-continuous-monitoring-of-brain-activity-and-lactate-levels/