Budoucnost sledování mozkové aktivity může vypadat jako pramen vlasů

Budoucnost monitorování elektroencefalografie (EEG) může brzy vypadat jako pramen vlasů. Místo tradičních kovových elektrod, sítě drátů a lepivých lepidel vytvořil tým vědců z Penn State zařízení pro dlouhodobé, neinvazivní monitorování mozkové elektrické aktivity. Lehká a flexibilní elektroda se připojuje přímo k pokožce hlavy a dodává stabilní, vysoce kvalitní záznamy mozkových signálů.

EEG je rozhodující pro diagnostiku a hodnocení neurologických stavů, jako je epilepsie a poranění mozku. V některých případech musí kliničtí lékaři sledovat mozkové vlny po delší dobu, například k vyhodnocení záchvatů, poruch spánku a podmínky, které ovlivňují krevní cévy a průtok krve v mozku.

Vědci popsali nové elektrody, u nichž bylo prokázáno, že udržují stabilní výkon po dobu více než 24 hodin nepřetržitého opotřebení, ve studii zveřejněné v časopise Biomedicínské inovace NPJ. Podle vědců tato technologie kromě aplikací pro klinickou zdravotní péči slibuje tato technologie pro použití v produktech pro zdraví spotřebitelů a wellness.

„Tato elektroda umožňuje konzistentnější a spolehlivější monitorování signálů EEG a lze ji nosit, aniž by bylo patrné, což zvyšuje funkčnost i pohodlí pacienta,“ řekl Tao Zhou, profesor rané kariéry v Wormley, profesor inženýrské vědy a mechaniky a vyšší autor na papíře.

Monitorování EEG je široce používaná metoda k měření mozku Elektrická aktivitaZhou vysvětlil. Malé kovové elektrody jsou umístěny na pokožce hlavy a vyzvednou slabé elektrické impulsy generované buňkami v mozku. Elektrody jsou připojeny k vodičům, které jsou poté připojeny ke stroji, který zobrazuje aktivitu mozku jako vzory, které vypadají jako vlny.

Tradiční proces monitorování EEG však může být těžkopádný – a někdy chaotický – affir. Jeho omezení ztěžuje použití pro nepřetržité a dlouhodobé monitorování.

Aby bylo možné získat dobrý záznam aktivity mozku, musí se elektrody přizpůsobit pokožce hlavy. Jakékoli mezery mezi elektrodou a pokožkou nebo hustými vlasy mohou snížit kvalitu zaznamenaného signálu. Vědci a kliničtí lékaři musí na pokožku hlavy aplikovat gely, aby udržovali dobrý kontakt s povrchem mezi elektrodami a kvalitou signálu. Pro některé lidi však mohou gely způsobit podráždění kůže.

Je to časově náročný proces, který musí být opakován, když gely vyschnou, zejména pro někoho, kdo musí být monitorován nepřetržitě nebo v průběhu více relací. Proces aplikace a opětovného použití je také nepřesný a může mít za následek různá množství gelu použitého na elektrodách.

„To změní impedanci – nebo rozhraní – mezi elektrodami a pokožkou hlavy a může to ovlivnit mozkový signál, který je zaznamenán,“ řekl Zhou. „Také ne vždy aplikujeme elektrody ve stejné poloze buď proto, že jsme lidé. Ale pokud změníte polohu, i trochu, mozkové signály, které monitorujete, se mohou lišit.“

Konvenční EEG elektrody jsou také rigidní a mohou se posunout, když někdo pohybuje hlavou, dokonce i mírně, což může ohrozit uniformitu dat.

Aby se tato omezení vyřešila, výzkumný tým navrhl malé monitorovací zařízení, které vypadá jako pramen vlasů a je vyrobena z 3D potištěného hydrogelového materiálu. Jedním z konce je elektroda. Vypadá to jako malá tečka a zachycuje mozkové elektrické signály z pokožky hlavy. K dispozici je dlouhá komponenta podobná tenkým drátem, která sahá od elektrody, která se připojuje k monitorovacímu systému.

Zařízení také používá 3D tiskový bioadhezivní inkoust, který umožňuje elektrodě držet se přímo na pokožku hlavy bez potřeby gloopových gelů nebo jiného přípravy na kůži. To minimalizuje mezeru mezi elektrodou a pokožkou hlavy a zlepšuje kvalitu signálu. Lehká, flexibilní a roztažitelná povaha zařízení také znamená, že zařízení zůstává vloženo – i když čeká na vlasy a obléká a odstraní baseballovou čepici – a lze jej nosit po delší dobu, což je vhodné pro chronické monitorování.

Tým zjistil, že nové zařízení provádělo srovnatelně se zlatými elektrodami, aktuální standardní elektrody používané pro EEG. Elektroda vlasů však udržovala lepší kontakt mezi elektrodou a kůží a spolehlivě se prováděla po dobu více než 24 hodin nepřetržitého opotřebení bez jakékoli degradace kvality signálu. Protože elektrody nemusí být odstraněny a nahrazeny jako tradiční monitorovací systémy EEG, eliminují riziko nekonzistentních dat, a to i na různých monitorovacích relacích.

„Nemusíte se bát, pokud se poloha elektrody změnila nebo pokud se impedance změnila, protože elektrody se nepohybovaly,“ řekl Zhou.

Na rozdíl od tradičních kovových elektrod napodobují nové elektrody lidské vlasy a jsou nenápadné na hlavě. Vzhledem k tomu, že zařízení je 3D potištěno, Zhou vysvětlil, že mohou tisknout elektroda V různých barvách, které odpovídají vlasům člověka.

„Díky tomu je diskrétní a lidé to mohou být pohodlnější, zejména pokud vyžadují nepřetržité monitorování EEG a potřebují elektrody po delší dobu nosit elektrody,“ řekl Zhou.

V současné době je EEG stále zapojený; Pacienti musí být připojeni ke stroji, když je zaznamenána mozková aktivita. V budoucnu vědci doufají, že systém bude bezdrátový, aby se lidé mohli během nahrávacích relací volně pohybovat.

Mezi další autory Penn State na článku patří hlavní autoři Salahuddin Ahmed a Marzia Momin, doktorandští studenti na Katedře inženýrské vědy a mechaniky. Jiashu Ren, doktorský student na Katedře inženýrské vědy a mechaniky; Hyunjin Lee, doktorský student na Katedře biomedicínského inženýrství; Li-Pang Huang, výzkumný asistent; A Basma Almahmood, vysokoškolský student na oddělení fyziky také přispěl.

Mezi další autory patří Chi-Ching Kuo, Archana Pandiyan a Loganathan Veeramuthu z Katedry molekulární vědy a inženýrství, National Taipei University of Technology.