Cảm biến sinh học Earbud cung cấp khả năng theo dõi liên tục hoạt động của não và nồng độ lactate – Vật Lý Thế Giới

Cảm biến sinh học Earbud cung cấp khả năng theo dõi liên tục hoạt động của não và nồng độ lactate – Vật Lý Thế Giới

Dấu thời gian: Ngày 15 tháng 2023 năm 5 00:XNUMX sáng

Cảm biến sinh học Earbud
Cảm biến đồng thời Các cảm biến điện hóa và điện sinh lý linh hoạt được gắn vào tai nghe nhét tai thông qua một bề mặt giống như tem. Sau khi nhét tai nghe vào ống tai, các cảm biến sẽ đồng thời theo dõi trạng thái não và mức độ tập luyện. (Được phép: Erik Jepsen/Đại học California San Diego)

Tai nghe được trang bị cảm biến sinh học có thể liên tục đo hoạt động điện của não và mức độ tiết lactate mồ hôi. Thiết bị này đại diện cho một công nghệ cảm biến có thể đeo mới đầy tiềm năng để phát hiện và theo dõi các bệnh liên quan đến thần kinh hoặc theo dõi sức khỏe lâu dài.

Được phát triển bởi một nhóm kỹ sư đa ngành tại Trung tâm cảm biến thiết bị đeo tại Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs, cảm biến tai nghe truyền không dây dữ liệu đã ghi đến điện thoại thông minh hoặc máy tính xách tay để hiển thị và phân tích hình ảnh. Với phát minh này, các nhà nghiên cứu thấy trước một tương lai trong đó các hệ thống theo dõi sức khỏe và hình ảnh thần kinh hoạt động với các cảm biến dễ đeo và thiết bị di động để theo dõi hoạt động của não và mức độ của nhiều chất chuyển hóa liên quan đến sức khỏe suốt cả ngày.

Việc tích hợp các tín hiệu não và cơ thể của từng cá nhân vào một nền tảng thu nhỏ duy nhất thể hiện bước đột phá về mặt công nghệ đối với công nghệ cảm biến trong tai. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng các cảm biến có kiểu dáng nhỏ hơn nhiều, ít gây khó chịu về mặt thị giác và thoải mái hơn khi đeo so với tai nghe điện não đồ da đầu (EEG) hiện đại hoặc máy đo lactate máu thương mại, đồng thời mang lại hiệu suất tương tự.

“Việc có thể đo lường động lực của cả hoạt động nhận thức của não và trạng thái trao đổi chất của cơ thể trong một thiết bị tích hợp trong tai mà không ảnh hưởng đến sự thoải mái và khả năng di chuyển của người dùng sẽ mở ra những cơ hội to lớn để nâng cao sức khỏe và thể chất của mọi người ở mọi lứa tuổi. , mọi lúc mọi nơi,” đồng điều tra viên chính Gert Cauwenberghs bình luận trong một thông cáo báo chí.

Khi được kết hợp, dữ liệu EEG, phản ánh hoạt động điện trong não và đo lactate mồ hôi, một loại axit hữu cơ được cơ thể tạo ra trong quá trình tập thể dục và hoạt động trao đổi chất bình thường, có thể được sử dụng để theo dõi nỗ lực trong khi tập thể dục hoặc để theo dõi mức độ căng thẳng. và tập trung. Những dữ liệu này cũng có thể được sử dụng để chẩn đoán các cơn động kinh khác nhau, bao gồm cả các cơn động kinh.

Báo cáo phát hiện của họ trong Kỹ thuật y sinh học thiên nhiênCác nhà nghiên cứu giải thích rằng hệ thống cảm biến điện sinh lý trong tai cung cấp “các giải pháp tinh tế để theo dõi trạng thái não một cách kín đáo bên trong ống tai”. Tai nằm gần hệ thần kinh trung ương, mạch máu lớn và vỏ não thính giác, giúp tiếp cận các thông số sinh lý như điện não đồ, nhịp tim và độ bão hòa oxy. Nó cũng có nhiều tuyến mồ hôi ngoại tiết cho phép phân tích các chất chuyển hóa quan trọng.

Thiết bị mới bao gồm hai loại cảm biến được in trên màn hình trên nền polymer dẻo dày 150 µm, gắn xung quanh tai nghe. Các cảm biến được thiết kế để theo dõi các hoạt động hàng ngày bằng cách sử dụng hai bộ tính năng chính đặc trưng cho sức khỏe cơ thể và não bộ. Cảm biến điện sinh lý thực hiện một dạng giao diện máy tính-não có thể đeo trong tai để theo dõi các tín hiệu liên quan đến trạng thái não như điện não đồ và hoạt động điện da.

Cảm biến còn lại thực hiện phân tích điện hóa các chất chuyển hóa trong tai (trong nghiên cứu này là lactate trong mồ hôi). Các cảm biến điện hóa được phủ một lớp hydrogel trong suốt, giống như bọt biển, hoạt động như một lớp đệm cơ học giữa da và các cảm biến, đồng thời cải thiện khả năng thu mồ hôi. Chúng được gắn lò xo để giữ tiếp xúc với tai nhưng sẽ điều chỉnh khi tai nghe di chuyển.

Để xác định cách bố trí tối ưu của các cảm biến, ban đầu các nhà nghiên cứu đã thực hiện lập bản đồ chức năng bên trong ống tai. Dựa trên những phát hiện của mình, họ đã định hướng các điện cực điện sinh lý về phía thùy thái dương nơi tiết mồ hôi thấp hơn và các điện cực điện hóa hướng về vị trí tiết mồ hôi nhiều hơn. Thiết kế này giảm thiểu nhiễu xuyên âm tiềm ẩn giữa hai cảm biến chỉ cách nhau 2 mm và giúp tăng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Nhóm cũng đã tùy chỉnh đường viền ngoài của cảm biến tai tích hợp để phù hợp với đường viền của củ tai và một trong ba kích cỡ của đầu silicon thông thường.

Các nhà nghiên cứu đã xác nhận tính hiệu quả của các cảm biến bằng cách mô tả đặc tính hoạt động của điện cực và các mẫu tín hiệu não đo được. Họ cũng đánh giá độ nhạy, độ chọn lọc và độ ổn định lâu dài của cảm biến lactate, xác minh nhiễu xuyên âm tối thiểu giữa các cảm biến và xác nhận độ ổn định cơ học và môi trường của máy quét tích hợp.

Nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm các cảm biến của tai nghe ở những tình nguyện viên khỏe mạnh thực hiện đạp xe tại chỗ mạnh ở một mức độ cố định. Thiết bị này phát hiện nồng độ lactate trong mồ hôi tăng cao cũng như những thay đổi trong hoạt động của não. Việc xác thực dữ liệu được thu thập dựa trên kết quả thu được từ tai nghe EEG tiếp xúc khô thương mại và mẫu máu chứa lactate cho thấy dữ liệu có thể so sánh được từ cả hai hệ thống.

Cảm biến lactate hiện yêu cầu người dùng thực hiện các bài tập mạnh hoặc các hoạt động khác tạo ra mồ hôi. Đồng điều tra viên chính giải thích: Nếu không có bài tập như vậy thì không thể thu thập đủ lượng lactate để phân tích. Thịnh Xu. Các nhà nghiên cứu có kế hoạch cải tiến thiết kế để không cần phải tập thể dục để theo dõi.

Đồng điều tra viên chính Patrick Mercier khuyên rằng kế hoạch tương lai của nhóm cũng bao gồm việc tạo ra một thiết kế để tự xử lý dữ liệu trên tai nghe, với mục tiêu truyền không dây những dữ liệu đã xử lý này đến máy tính hoặc điện thoại thông minh. Các nhà nghiên cứu cũng hy vọng rằng các cảm biến trong tai có thể thu thập thêm dữ liệu, chẳng hạn như độ bão hòa oxy và lượng glucose.

Nghiên cứu này cũng có thể dẫn đến các liệu pháp mới. Cauwenberghs cho biết: “Phản hồi thần kinh thính giác kết hợp các tín hiệu não đo được với âm thanh do thiết bị phát trong tai có thể mang lại những tiến bộ trị liệu mới có tiềm năng sâu rộng để khắc phục tích cực các rối loạn thần kinh suy nhược như ù tai”.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý