Τα εγκεφαλικά κύματα και οι σκέψεις των ανθρώπων φαίνεται πως αποκρυπτογραφήθηκαν καθώς ένα νέο ηλεκτρονικό τατουάζ που κατασκεύασε το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν και τοποθετείται στο μέτωπο θα προσφέρει πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο για την ψυχική και γνωστική μας κατάσταση.
Πρόκειται για μια ασύρματη, εξαιρετικά λεπτή, φορητή συσκευή που προσκολλάται στο δέρμα σαν προσωρινό τατουάζ και παρακολουθεί τα εγκεφαλικά σήματα και τις κινήσεις των ματιών για να μετρήσει την ψυχική καταπόνηση.
«Σε τέτοιου είδους εργασίες υψηλού ρίσκου και υψηλής ζήτησης, θα μπορούσαμε να έχουμε παρακολούθηση και αποκωδικοποίηση πνευματικού φόρτου εργασίας σε πραγματικό χρόνο», λέει η Nanshu Lu. , μηχανικός βιοϊατρικής στο UT-Austin.
Αυτού του είδους τα δεδομένα, λέει, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την προσαρμογή των αναθέσεων εργασιών, την ανακατανομή του προσωπικού πριν από την εμφάνιση σφαλμάτων ή ακόμα και την ενεργοποίηση ειδοποιήσεων όταν το γνωστικό φορτίο κάποιου φτάσει σε ένα κρίσιμο όριο.
Η Λου και οι συνάδελφοί της περιέγραψαν την τεχνολογία σήμερα στο περιοδικό Device. .
Η νέα φορητή συσκευή βασίζεται σε πάνω από μια δεκαετία εργασίας για τη βελτίωση των «ηλεκτρονικών τατουάζ» – μαλακών, δερματικών συσκευών που μπορούν να παρακολουθούν τα πάντα , από την αρτηριακή πίεση έως την πρόσληψη αλκοόλ.
Η ομάδα της ήταν από τις πρώτες που απέδειξαν ότι τα εξαιρετικά λεπτά, ελαστικά ηλεκτρονικά μπορούν να προσκολληθούν άψογα στο δέρμα, προσφέροντας έναν άνετο και διακριτικό τρόπο παρακολούθησης της ηλεκτρικής δραστηριότητας του σώματος. .
Οι παλαιότερες εκδόσεις είχαν σχεδιαστεί για εφαρμογές όπως η παρακολούθηση της καρδιάς , χρησιμοποιώντας συστοιχίες αισθητήρων που φοριούνται στο στήθος για τη λήψη ηλεκτρικών και μηχανικών σημάτων από την καρδιά.
Αλλά η κατασκευή μιας έκδοσης για το μέτωπο έθετε ένα νέο σύνολο προκλήσεων.
Η ομάδα της Lu έπρεπε να δημιουργήσει ηλεκτρόδια ανθεκτικά στην κίνηση που δεν θα γλιστρούσαν ούτε θα έχαναν την ποιότητα του σήματος λόγω των εκφράσεων του προσώπου ή του ιδρώτα, αλλά θα παρέμεναν αρκετά άνετα για μεγάλες βάρδιες, συχνά κάτω από κράνη ή ακουστικά.
Και η τεχνολογία έπρεπε να εντοπίζει ανεπαίσθητη ηλεκτρική δραστηριότητα που προέρχεται από τον προμετωπιαίο λοβό του εγκεφάλου, τον κόμβο της συλλογιστικής, της λήψης αποφάσεων και της επεξεργασίας πληροφοριών – σήματα που είναι πολύ πιο αδύναμα από αυτά που παράγονται από την καρδιά.
Η λύση: ένα έμπλαστρο μεγέθους γραμματοσήμου που τοποθετείται ακριβώς πάνω και ανάμεσα στα φρύδια, στη θέση του «τρίτου ματιού» του μετώπου.
Αυτή η κεντρική μονάδα στεγάζει την μπαταρία, ενώ εύκαμπτα ηλεκτρόδια εκτείνονται προς τα έξω σε ένα ημιδιαφανές κύκλωμα προς τους κροτάφους, τα μάγουλα και πίσω από τα αυτιά.
Αυτά τα ηλεκτρόδια είναι στρατηγικά τοποθετημένα για να ανιχνεύουν μετατοπίσεις στο οπτικό βλέμμα και να σταθεροποιούν το σήμα.
Όπως και στα προηγούμενα σχέδια του Lu, τα ηλεκτρόδια είναι τυπωμένα σε πολυουρεθάνη με προσμίξεις άνθρακα.
Αλλά αυτή η τελευταία έκδοση προσθέτει μια απαλή, κολλώδη επίστρωση που ενισχύει την πιστότητα του σήματος και βοηθά τη συσκευή να παραμένει στη θέση της, ακόμα και μετά από εφίδρωση, παρατεταμένη φθορά και καταστάσεις υπό πίεση.
Συνδυάζοντας την ηλεκτροεγκεφαλογραφία ( EEG ) και την ηλεκτροοφθαλμογραφία (EOG), η συσκευή καταγράφει τόσο τη δραστηριότητα των εγκεφαλικών κυμάτων όσο και την κίνηση των ματιών – δύο βασικούς δείκτες του γνωστικού φόρτου εργασίας.
Ένας αλγόριθμος μηχανικής μάθησης αναλύει στη συνέχεια τα εισερχόμενα δεδομένα, ταξινομώντας εάν ο χρήστης βρίσκεται σε κατάσταση χαμηλού ή υψηλού νοητικού φορτίου με βάση ανεπαίσθητες μετατοπίσεις στα νευρωνικά και οφθαλμικά πρότυπα.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, εθελοντές εκτέλεσαν ασκήσεις μνήμης και αριθμητικής φορώντας το εξάρτημα.
Η συσκευή διέκρινε με αξιοπιστία στιγμές πνευματικής ηρεμίας από περιόδους κόπωσης και διατηρούσε την ακρίβεια ακόμη και όταν οι συμμετέχοντες κινούσαν το κεφάλι τους και ανοιγόκλειναν τα μάτια τους, υπογραμμίζοντας τις δυνατότητες της συσκευής για χρήση σε δυναμικά, πραγματικά περιβάλλοντα, όπως χειρουργεία ή πιλοτήρια.
Ωστόσο, η πραγματική ετοιμότητα πεδίου θα απαιτήσει περισσότερη επικύρωση, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων που περιλαμβάνουν απρόβλεπτη κίνηση ή κίνηση ολόκληρου του σώματος, σημειώνει η Yael Hanein , φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ στο Ισραήλ και συνιδρύτρια της X-trodes , μιας εταιρείας φορητών βιοηλεκτρονικών .
«Υπάρχει πολλή δουλειά που πρέπει να γίνει, αλλά είναι ένα πολύ καλό βήμα προς τα εμπρός στην καθιέρωση των ιδιοτήτων και των δυνατοτήτων αυτής της πλατφόρμας», λέει η Hanein.
«Το επόμενο βήμα είναι να φύγουμε από την επιφάνεια εργασίας και να δείξουμε ότι μπορούμε να περπατήσουμε με αυτά τα πράγματα και να μετρήσουμε αξιόπιστα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα».
Τα τελευταία χρόνια, η Λου και οι συνάδελφοί της είχαν εξερευνήσει άλλες προσεγγίσεις για την παρακολούθηση του στρες σε πραγματικό χρόνο.
Μια μελέτη του 2022 εισήγαγε ένα ηλεκτρονικό τατουάζ τοποθετημένο στην παλάμη του χεριού που κατέγραφε την αγωγιμότητα και την κίνηση του δέρματος. Και στα τέλη του περασμένου έτους, η ομάδα της ανέφερε μια μέθοδο εκτύπωσης του τριχωτού της κεφαλής. που επέτρεψε σε ένα βιοσυμβατό, αγώγιμο μελάνι να καταγράφει σήματα EEG μέσω μαλλιών που έχουν κουρευτεί από τον ιδρώτα.
Και οι δύο προσεγγίσεις αντιπροσώπευαν βήματα προόδου στην άνεση και την ευκολία χρήσης, αλλά καμία δεν προσέφερε το επίπεδο ενσωματωμένης, πολυτροπικής ανίχνευσης που είναι ενσωματωμένη στη νέα συσκευή μετώπου.
Ο αισθητήρας παλάμης παρακολούθησε τη φυσιολογία αλλά όχι την εγκεφαλική δραστηριότητα, ενώ το μελάνι του τριχωτού της κεφαλής κατέγραψε το ΗΕΓ αλλά έχασε την παρακολούθηση των ματιών.
Ο τελευταίος σχεδιασμός επιτελεί διπλή λειτουργία, καταγράφοντας νευρωνικά και οφθαλμικά δεδομένα σε ένα ελαφρύ έμπλαστρο σχεδιασμένο για καθημερινή χρήση – αν και μπορεί να μοιάζει με κάτι βγαλμένο από το Star Trek .
