Hjernelæsende midlertidige tatoveringer er fremtiden for wearables

Uden for Soundcloud rappere og professionelle wrestlere som sent Bam Bam Bigelow, hovedtatoveringer er ikke noget, de fleste af os støder på regelmæssigt. Hvis forskere ved Østrigs teknologiske universitet i Graz og et par andre europæiske forskningslaboratorier har deres vilje, kan det hele være ved at ændre sig. Hovedtatoveringer kan blive normen - tankelæsende, elektrode-sportshovedtatoveringer. Og ligesom den gamle joke om tjeneren og fluen i mandens suppe, vil vi alle have dem.

Inden vi kommer længere, nej, tatoveringerne er ikke permanente. “Vi bruger midlertidige tatoveringer som dem til børn; stort set det samme, som du ville bruge til at overføre en tegneserie eller en tegning til kreative formål på din hud." Francesco Greco, adjunkt ved universitetets Institute of Solid State Physics, fortalte Digital Trends. "Vi bruger [standard tatoveringspapir] som et substrat og udskriver derefter kredsløb lavet af ledende polymer oven på det ved hjælp af en inkjetprinter."

Modtageren klæber en eller flere af disse klæbende tatoveringselektroder på deres hovedbund. Tatoveringerne kan derefter bruges til at optage højkvalitets elektroencefalografi (EEG) hjernesignaler frisk fra hovedbunden. I modsætning til gelelektroder er der ikke behov for en væskegrænseflade, og tatoveringerne kan ikke tørre ud. Selv hår, der vokser gennem deres ultratynde membran, forhindrer dem ikke i at udføre deres arbejde effektivt.

Selvom tatoveringselektroderne ikke ligefrem er usynlige (enhver, der er barberet skaldet og har en lille printplade klistret til hovedet, har en sjov vane med at være iøjnefaldende), forstyrrer de ikke bæreren på samme måde, som et konventionelt EEG-elektrodeheadset kan gøre. Det faktum, at de kunne anvendes og derefter glemmes, er et af deres mest spændende aspekter; hvilket gør dem perfekt egnede til længerevarende målinger. De bliver ved, indtil de er skrubbet med sæbe og vand for at fjerne dem.

Verdens mest højteknologiske tatoveringsstudie

Grecos laboratorium, Laboratory of Applied Materials for Printed and Soft Electronics (LAMPSe), udviklede de første tatoveringselektroder i 2015. Den første anvendelse af disse klæbende overførsler var at måle hjertefrekvens og muskelaktivitet. Et halvt årti senere har Greco og andre optimeret teknologien, så den kan bruges til at måle hjernebølger lige så effektivt. Arbejdet blev udført sammen med forskere i både Frankrig, på Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, og i Italien af ​​Laura Ferrari ved BioRobotics Institute på Scuola Superiore Sant'Anna.

"EEG eller elektroencefalografi var altid det mest udfordrende trin," Esma Ismailova, gruppeleder for bioelektroniske tekstiler i afdelingen for bioelektronik på Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, fortalte Digital Trends. "Vi har nu nået det ultimative trin, hvor vi kan [samle] hjernebølger med lav amplitude og høj frekvens. Det er meget [svært] at fange denne form for aktivitet."

Der er flere grunde til, at det kan være nyttigt at indsamle hjernedata. Den ene er til overvågning. Elektrokardiogramlæseren (EKG) fundet i Apple Watch har allerede overbevisende demonstreret, hvorfor wearables, der konstant overvåger vores vitale tegn, kan være nyttige. I tilfældet med Apple Watch kan tilstande som atrieflimren, en uregelmæssig hjerterytme, der kan forårsage slagtilfælde, være opdaget ved løbende at overvåge bærerens hjerteslag. Hvis noget går galt, kan smartwatchet advare brugeren, så de kan søge lægehjælp.

På nuværende tidspunkt er der ikke noget, der hedder almindelig hjernebølgeovervågning. Neurologiske tilstande som epilepsi kan diagnosticeres ved hjælp af EEG-teknologi, men det er usandsynligt, at patienter vil have regelmæssig (eller endda uregelmæssig) hjernebølgeovervågning efterfølgende. ”I tilfælde af epilepsi kan man ikke rigtig forudsige en krise; du skal være i stand til at overvåge patienten,” forklarede Ismailova. "Den slags elektrode kunne være bruges til at overvåge patienten derhjemme at hjælpe klinikere med at forstå oprindelsen [af sygdommen], og hvordan den udbredes. De kan evaluere det over tid."

Et skridt mod hjerne-computer-grænseflader

Der er også andre praktiske use cases. Greco mener, at denne ikke-invasive hjernebølgeovervågningsteknologi kan vise sig at være et afgørende skridt i opbygning af hjerne-computer-grænseflader.

"En af de vidunderlige ting, der kunne være mulige, og som vi forsøger at studere nu, er at fange information fra hjernen [til brug i forskellige applikationer]," sagde han. "For eksempel kan du fange denne information, sende den direkte gennem en hjerne-computer-grænseflade og bruge den til at stimulere musklerne hos en lammet patient. Hos en lam patient fungerer hjernen perfekt, musklerne fungerer perfekt, men den neurale kommunikation går tabt mellem disse to punkter. Vi kunne forsøge at genoprette afbrydelsen ved hjælp af en hjerne-computer-grænseflade."

Så er der alle de andre potentielle anvendelser af en hjerne-computer-grænseflade - såsom at overvåge humør eller ønsker og trække den rigtige information frem på det rigtige tidspunkt. Det kan endda være muligt at kombinere en hjerneovervågende tatoveringselektrode med midlertidige tatoveringer, der overvåger muskelaktivitet i andre dele af kroppen som en ekstra kilde til data.

Tror Greco, at det inden for vores levetid kan være lige så almindeligt at vågne op og slå på en billig bærbar tatoveringssensor som at tage vores ur på eller glide smartphone i vores lomme? "Ja, det tror jeg, for der er masser af praktiske anvendelser i dagligdagen [hvor dette kunne være nyttigt," sagde han.

På nuværende tidspunkt er dette arbejde stadig en proof-of-concept demonstration snarere end noget, der er klar til at blive kommercialiseret. Behandlingen af ​​information skal stadig udføres ved at forbinde elektroderne til en ekstern enhed. Greco påpeger dog, at andre forskergrupper har travlt med at arbejde med wearables, der kunne gøre det muligt at behandle denne information på kroppen. Det kan potentielt også overføres trådløst til en smartphone eller smartwatch.

Alt dette forbliver spekulationer indtil videre. Men som så meget om moderne wearables, eksisterer disse use cases kun inden for science fiction, indtil de pludselig ikke gør det.

Et papir, der beskriver forskningen var for nylig offentliggjort i tidsskriftet npj Flexible Electronics.

Redaktørens anbefalinger

• Hjernelæsende hovedtelefoner er her for at give dig telekinetisk kontrol
• Facebook opkøber en startup, der har bygget et tankelæsende armbånd
• Facebooks 'hjerne-computer-grænseflade' kunne lade dig skrive med dit sind
• Skræmmende realistiske 'dybe videoportrætter' kunne tage falske nyheder til næste niveau
• Hjernestyret tredje arm lader dig tage din multitasking til næste niveau

Opgrader din livsstilDigital Trends hjælper læserne med at holde styr på den hurtige teknologiske verden med alle de seneste nyheder, sjove produktanmeldelser, indsigtsfulde redaktionelle artikler og enestående smugkig.