Hjernelesende midlertidige tatoveringer er fremtiden for wearables

Utenfor Soundcloud rappere og profesjonelle brytere som sent Bam Bam Bigelow, hodetatoveringer er ikke noe de fleste av oss møter med jevne mellomrom. Hvis forskere ved Østerrikes teknologiske universitet i Graz og et par andre europeiske forskningslaboratorier får viljen sin, kan alt være i ferd med å endre seg. Hodetatoveringer kan bli normen - tankelesende, elektrode-sportshodetatoveringer. Og som den gamle vitsen om servitøren og flua i mannens suppe, kommer vi alle til å ha dem.

Før vi kommer videre, nei, tatoveringene er ikke permanente. «Vi bruker midlertidige tatoveringer som de for barn; i hovedsak det samme som du ville brukt til å overføre en tegneserie eller en tegning for kreative formål til huden din. Francesco Greco, adjunkt ved universitetets Institute of Solid State Physics, fortalte Digital Trends. "Vi bruker [standard tatoveringspapir] som underlag og skriver deretter ut kretser laget av ledende polymer på toppen av det, ved hjelp av en blekkskriver."

Mottakeren stikker en eller flere av disse selvklebende tatoveringselektrodene på hodebunnen. Tatoveringene kan deretter brukes til å registrere høykvalitets elektroencefalografi (EEG) hjernesignaler friskt fra hodebunnen. I motsetning til gelelektroder er det ikke behov for et flytende grensesnitt, og tatoveringene kan ikke tørke ut. Selv hår som vokser gjennom deres ultratynne membran hindrer dem ikke i å utføre jobben sin effektivt.

Selv om tatoveringselektrodene ikke akkurat er usynlige (alle som er barbert skallet og har et lite kretskort limt til hodet har en morsom vane med å være iøynefallende), forstyrrer de ikke brukeren på samme måte som et konvensjonelt EEG-elektrodehodesett kan gjøre. Det faktum at de kan brukes og deretter glemmes er en av deres mest spennende aspekter; gjør dem perfekt egnet for langsiktige målinger. De forblir på til de er skrubbet med såpe og vann for å fjerne dem.

Verdens mest høyteknologiske tatoveringsstudio

Grecos laboratorium, Laboratory of Applied Materials for Printed and Soft electronics (LAMPSe), utviklet de første tatoveringselektrodene i 2015. Den første bruken av disse limoverføringene var å måle hjertefrekvens og muskelaktivitet. Et halvt tiår senere har Greco og andre optimert teknologien slik at den kan brukes til å måle hjernebølger like effektivt. Arbeidet ble utført sammen med forskere i både Frankrike, ved Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, og i Italia av Laura Ferrari ved BioRobotics Institute ved Scuola Superiore Sant’Anna.

"EEG, eller elektroencefalografi, var alltid det mest utfordrende trinnet," Esma Ismailova, gruppeleder for bioelektroniske tekstiler i avdelingen for bioelektronikk ved Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, fortalte Digital Trends. "Vi har nå nådd det ultimate trinnet der vi kan [samle] hjernebølger med lav amplitude og høy frekvens. Det er veldig [vanskelig] å fange denne typen aktivitet.»

Det er flere grunner til at det kan være nyttig å samle hjernedata. Den ene er for overvåking. Elektrokardiogramleseren (EKG) som finnes i Apple Watch har allerede overbevisende demonstrert hvorfor wearables som konstant overvåker våre vitale tegn kan være nyttige. Når det gjelder Apple Watch, kan tilstander som atrieflimmer, en uregelmessig hjerterytme som kan forårsake slag, være oppdaget ved å kontinuerlig overvåke brukernes hjerterytme. Hvis noe går galt, kan smartklokken varsle brukeren slik at de kan søke medisinsk hjelp.

For tiden finnes det ikke noe som heter vanlig hjernebølgeovervåking. Nevrologiske tilstander som epilepsi kan diagnostiseres ved hjelp av EEG-teknologi, men det er usannsynlig at pasienter vil ha regelmessig (eller til og med uregelmessig) hjernebølgeovervåking etterpå. «Ved epilepsi kan du egentlig ikke forutsi en krise; du må være i stand til å overvåke pasienten,” forklarte Ismailova. "Denne typen elektrode kan være brukes til å overvåke pasienten hjemme for å hjelpe klinikere til å forstå opprinnelsen [til sykdommen] og hvordan den forplantes. De kan evaluere det over tid."

Et skritt mot hjerne-datamaskin-grensesnitt

Det er andre praktiske brukssaker også. Greco tror at denne ikke-invasive teknologien for hjernebølgeovervåking kan vise seg å være et avgjørende skritt i bygging av hjerne-datamaskin-grensesnitt.

"En av de fantastiske tingene som kan være mulig, og som vi prøver å studere nå, er å fange informasjon fra hjernen [for bruk i forskjellige applikasjoner]," sa han. "Du kan for eksempel fange denne informasjonen, sende den direkte gjennom et hjerne-datamaskin-grensesnitt og bruke den til å stimulere musklene til en lam pasient. Hos en lam pasient fungerer hjernen perfekt, musklene fungerer perfekt, men den nevrale kommunikasjonen går tapt mellom disse to punktene. Vi kan prøve å gjenopprette frakobling ved hjelp av et hjerne-datamaskin-grensesnitt.»

Så er det alle de andre potensielle bruksområdene til et hjerne-datamaskin-grensesnitt – for eksempel å overvåke humør eller ønsker og hente frem riktig informasjon til rett tid. Det kan til og med være mulig å kombinere en hjerneovervåkende tatoveringselektrode med midlertidige tatoveringer som overvåker muskelaktivitet i andre deler av kroppen som en ekstra datakilde.

Tror Greco at det å våkne opp og slå på en rimelig tatoveringssensor i løpet av livet kan være like vanlig som å ta på klokken eller slippe smarttelefon i lommen vår? "Ja, jeg tror det, fordi det er mange praktiske applikasjoner i dagliglivet [hvor dette kan være nyttig," sa han.

For tiden er dette arbeidet fortsatt en proof-of-concept-demonstrasjon snarere enn noe som er klart til å kommersialiseres. Behandlingen av informasjon må fortsatt utføres ved å koble elektrodene til en ekstern enhet. Greco påpeker imidlertid at andre forskningsgrupper er opptatt med å jobbe med wearables som kan gjøre det mulig å behandle denne informasjonen på kroppen. Den kan potensielt også overføres trådløst til en smarttelefon eller smartklokke.

Alt dette forblir spekulasjoner foreløpig. Men som så mye om moderne wearables, eksisterer disse brukssakene bare i science fiction-riket til de plutselig ikke gjør det.

Et papir som beskriver forskningen var nylig publisert i tidsskriftet npj Flexible Electronics.

Redaktørenes anbefalinger

• Hjernelesende hodetelefoner er her for å gi deg telekinetisk kontroll
• Facebook kjøper opp en startup som har bygget et tankelesende armbånd
• Facebooks "hjerne-datamaskin-grensesnitt" kan la deg skrive med tankene dine
• Skremmende realistiske «dyp videoportretter» kan ta falske nyheter til neste nivå
• Hjernekontrollert tredje arm lar deg ta multitasking til neste nivå

Oppgrader livsstilen dinDigitale trender hjelper leserne å følge med på den fartsfylte teknologiverdenen med alle de siste nyhetene, morsomme produktanmeldelser, innsiktsfulle redaksjoner og unike sniktitter.