|
Электронные татуировки для измерения мозговой активности
|
|
|
|
Впервые ученые создали жидкие чернила, которые можно наносить непосредственно на кожу головы пациента для мониторинга мозговой активности. Эта технология, получившая название "Клеточные биоматериалы", представляет собой менее навязчивую альтернативу традиционным методам электроэнцефалографии (ЭЭГ) и обещает произвести революцию как в клинической диагностике, так и в приложениях с интерфейсом мозг-компьютер (BCI).
|
|
|
|
“Наши инновации в области дизайна сенсоров, биосовместимых чернил и высокоскоростной печати открывают путь для будущего производства электронных датчиков для татуировок на теле с широким применением как в клинических условиях, так и за их пределами”, - сказал доктор Наншу Лу, соавтор исследования и исследователь из Техасского университета в Остин.
|
|
|
|
Проблема с традиционной ЭЭГ
|
|
|
|
Электроэнцефалография является важным инструментом для диагностики неврологических заболеваний, таких как эпилепсия, травмы головного мозга и судорожные припадки. Однако этот процесс может быть сложным, поскольку специалистам приходится тщательно размечать кожу головы. Затем электроды приклеиваются к этим участкам с помощью токопроводящего геля для обеспечения электрического контакта с кожей головы. Этот процесс может занять до часа, что приводит к задержкам в работе клиники и усилению стресса для пациентов.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы еще больше усложнить задачу, при проведении ЭЭГ пациенты должны оставаться неподвижными в течение длительного времени, что может быть затруднительно для детей или людей с неврологическими заболеваниями, которые вызывают непроизвольные движения.
|
|
|
|
Традиционные системы ЭЭГ также основаны на громоздком оборудовании, включая большие аппараты и длинные провода, соединяющие электроды с устройствами для сбора данных. Такая настройка ограничивает мобильность и доступность, делая тестирование ЭЭГ более непрактичным в неклинических или удаленных условиях.
|
|
|
|
Другие проблемы связаны с датчиками, используемыми в системе ЭЭГ. Клейкие гели, которыми крепятся обычные электроды, со временем изнашиваются, что приводит к ухудшению качества сигнала. При проведении более длительных тестов, таких как мониторинг эпилепсии или нарушений сна, гель может высохнуть, что приведет к потере контакта электродов с кожей головы. Это может привести к неточным данным или необходимости повторного нанесения в середине теста, что еще больше продлит процесс.
|
|
|
|
Перспективы электронных татуировок
|
|
|
|
Доктор Лу и ее команда уже много лет продвигают технологию электронных татуировок (e-tattoo), разрабатывая датчики, устанавливаемые на коже для измерения всего - от сердечной деятельности до состава пота. Традиционные электронные татуировки наносятся на безволосые участки тела с помощью клейких материалов, но этот подход оказался неэффективным на волосистой коже, например, на волосистой части головы.
|
|
|
|
“Разработка материалов, совместимых с волосатой кожей, была постоянной проблемой в технологии электронных татуировок”, - говорит Лу.
|
|
|
|
Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи разработали жидкие чернила, состоящие из проводящих полимеров. Эти чернила могут стекать по волосам и прилипать непосредственно к коже головы, образуя тонкопленочный датчик после высыхания. Эти датчики точно улавливают мозговые волны без использования клея, геля или инвазивных проводов.
|
|
|
|
Используя компьютерный алгоритм, исследователи определяют расположение электрода на коже головы и с помощью высокоскоростного струйного принтера наносят чернила. Процесс быстрый, безболезненный и бесконтактный, что устраняет дискомфорт, связанный с традиционными процедурами ЭЭГ.
|
|
|
|
Команда протестировала технологию на пяти участниках с короткими волосами, нанеся электроды e-tattoo на их кожу головы наряду с обычными электродами для ЭЭГ-анализа для сравнения. Электронные татуировки соответствовали характеристикам традиционных электродов по детектированию мозговых волн, но обладали дополнительной стабильностью и долговечностью. Через шесть часов многие обычные электроды начали выходить из строя из-за высыхания геля, что привело к ухудшению качества сигнала. Электронные татуировки, напротив, сохраняли стабильную связь более 24 часов.
|
|
|
|
Заглядывая в будущее, команда планирует встроить беспроводные передатчики в электронные татуировки, что позволит осуществлять полностью беспроводной мониторинг ЭЭГ.
|
|
|
|
Это новый рубеж в области интерфейсов мозг-компьютер.
|
|
|
|
Эта технология также может преобразовать интерфейсные устройства мозг-компьютер, которые позволят пользователям управлять внешними системами с помощью мозговой активности. Современные системы используют громоздкие гарнитуры, что ограничивает их удобство в использовании. Электронные татуировки предлагают легкую и удобную альтернативу, печатая электронные элементы непосредственно на коже головы.
|
|
|
|
“Наше исследование потенциально может произвести революцию в разработке неинвазивных устройств для взаимодействия мозга и компьютера”, - сказал соавтор доктор Хосе Миллан (Jose Millan) из Техасского университета в Остине.
|
|
|
|
Чернила e-tattoo не только делают ЭЭГ-тестирование более доступным и комфортным, но и закладывают основу для инноваций в области носимой электроники, нейронауки и медицинской диагностики. При дальнейшем совершенствовании эта передовая технология может изменить то, как мы взаимодействуем с мозгом в клинических и повседневных условиях.
|
|
|
|
Источник
|
