Hjärnläsande tillfälliga tatueringar är framtiden för wearables

Utanför Soundcloud rappare och professionella brottare som sena Bam Bam Bigelow, huvudtatueringar är inget de flesta av oss stöter på regelbundet. Om forskare vid Österrikes tekniska högskola i Graz och ett par andra europeiska forskningslaboratorier har sin vilja igenom, kan allt vara på väg att förändras. Huvudtatueringar kan bli normen - tankeläsande, elektrodsportande huvudtatueringar. Och, som det gamla skämtet om servitören och flugan i mannens soppa, kommer vi alla att vilja ha dem.

Innan vi kommer längre, nej, tatueringarna är inte permanenta. "Vi använder tillfälliga tatueringar som de för barn; i princip samma sak som du skulle använda för att överföra en tecknad serie eller en teckning i kreativa syften till din hud.” Francesco Greco, biträdande professor vid universitetets Institute of Solid State Physics, berättade för Digital Trends. "Vi använder [standard tatueringspapper] som substrat och skriver sedan ut ovanpå det kretsar gjorda av ledande polymer, med hjälp av en bläckstråleskrivare."

Mottagaren klistrar en eller flera av dessa självhäftande tatueringselektroder på sin hårbotten. Tatueringarna kan sedan användas för att spela in högkvalitativa elektroencefalografi (EEG) hjärnsignaler fräscha från hårbotten. Till skillnad från gelelektroder behövs inget vätskegränssnitt och tatueringarna kan inte torka ut. Även hårstrån som växer genom deras ultratunna membran hindrar dem inte från att effektivt utföra sitt jobb.

Även om tatueringselektroderna inte är direkt osynliga (den som har rakat skallig och har ett litet kretskort klistrat på huvudet har en rolig vana att vara iögonfallande), de stör inte bäraren på det sätt som ett konventionellt EEG-elektrodheadset kan göra. Att de kunde appliceras och sedan glömmas bort är en av deras mest spännande aspekter; vilket gör dem perfekt lämpade för långtidsmätningar. De stannar kvar tills de skrubbats med tvål och vatten för att ta bort dem.

Världens mest högteknologiska tatueringsstudio

Grecos labb, Laboratory of Applied Materials for Printed and Soft Electronics (LAMPSe), utvecklade de första tatueringselektroderna 2015. Det första användningsfallet för dessa limöverföringar var att mäta hjärtfrekvens och muskelaktivitet. Ett halvt decennium senare har Greco och andra optimerat tekniken så att den kan användas för att mäta hjärnvågor lika effektivt. Arbetet utfördes tillsammans med forskare i både Frankrike, vid Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, och i Italien av Laura Ferrari vid BioRobotics Institute vid Scuola Superiore Sant’Anna.

"EEG, eller elektroencefalografi, var alltid det mest utmanande steget," Esma Ismailova, gruppledare för bioelektroniska textilier vid avdelningen för bioelektronik vid Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, berättade för Digital Trends. "Vi har nu nått det ultimata steget där vi kan [samla] hjärnvågor med låg amplitud och hög frekvens. Det är väldigt [svårt] att fånga den här typen av aktivitet.”

Det finns flera anledningar till varför det kan vara användbart att samla in hjärndata. En är för övervakning. Elektrokardiogramläsaren (EKG) som finns i Apple Watch har redan på ett övertygande sätt visat varför wearables som ständigt övervakar våra vitala tecken kan vara användbara. När det gäller Apple Watch kan tillstånd som förmaksflimmer, en oregelbunden hjärtrytm som kan orsaka stroke, vara upptäcks genom att kontinuerligt övervaka bärarens hjärtslag. Om något går fel kan smartklockan varna användaren så att de kan söka medicinsk hjälp.

I dagsläget finns det inget som heter vanlig hjärnvågsövervakning. Neurologiska tillstånd som epilepsi kan diagnostiseras med hjälp av EEG-teknik, men det är osannolikt att patienter kommer att ha regelbunden (eller till och med oregelbunden) hjärnvågsövervakning efteråt. ”När det gäller epilepsi kan man inte riktigt förutse en kris; du måste kunna övervaka patienten”, förklarade Ismailova. "Den här typen av elektrod kan vara används för att övervaka patienten hemma för att hjälpa läkare att förstå ursprunget [till sjukdomen] och hur den sprids. De kan utvärdera det över tid."

Ett steg mot hjärn-dator-gränssnitt

Det finns andra praktiska användningsfall också. Greco tror att denna icke-invasiva teknik för hjärnvågsövervakning kan visa sig vara ett avgörande steg i byggande av hjärn-dator-gränssnitt.

"En av de underbara saker som kan vara möjliga, och som vi försöker studera nu, är att fånga information från hjärnan [för användning i olika applikationer]," sa han. "Till exempel kan du fånga den här informationen, skicka den direkt genom ett hjärn-datorgränssnitt och använda den för att stimulera musklerna hos en förlamad patient. Hos en förlamad patient fungerar hjärnan perfekt, musklerna fungerar perfekt, men den neurala kommunikationen går förlorad mellan dessa två punkter. Vi skulle kunna försöka återställa frånkopplingen med hjälp av ett hjärn-dator-gränssnitt."

Sedan finns det alla andra potentiella tillämpningar av ett hjärn-dator-gränssnitt - som att övervaka humör eller önskningar och hämta rätt information vid rätt tidpunkt. Det kan till och med vara möjligt att kombinera en hjärnövervakande tatueringselektrod med tillfälliga tatueringar som övervakar muskelaktivitet i andra delar av kroppen som en extra datakälla.

Tror Greco att, inom vår livstid, kan det vara lika vanligt att vakna upp och slå på en billig bärbar tatueringssensor som att ta på sig klockan eller glida smartphone i vår ficka? "Ja, jag tror det, eftersom det finns många praktiska tillämpningar i det dagliga livet [där detta kan vara användbart", sa han.

För närvarande är detta arbete fortfarande en proof-of-concept-demonstration snarare än något som är redo att kommersialiseras. Behandlingen av information måste fortfarande utföras genom att koppla elektroderna till en extern enhet. Men Greco påpekar att andra forskargrupper är upptagna med att arbeta med wearables som skulle kunna göra det möjligt att bearbeta denna information på kroppen. Det kan potentiellt också överföras trådlöst till en smartphone eller smartklocka.

Allt detta är fortfarande spekulationer. Men, som så mycket om moderna bärbara produkter, existerar dessa användningsfall bara inom science fiction-området tills de plötsligt inte gör det.

Ett papper som beskrev forskningen var nyligen publicerad i tidskriften npj Flexible Electronics.

Redaktörens rekommendationer

• Hjärnläsande hörlurar är här för att ge dig telekinetisk kontroll
• Facebook förvärvar en startup som har byggt ett tankeläsande armband
• Facebooks "hjärn-dator-gränssnitt" kan låta dig skriva med ditt sinne
• Skrämmande realistiska "djupa videoporträtt" kan ta falska nyheter till nästa nivå
• Hjärnkontrollerad tredje arm låter dig ta din multitasking till nästa nivå

Uppgradera din livsstilDigitala trender hjälper läsare att hålla koll på den snabba teknikvärlden med alla de senaste nyheterna, roliga produktrecensioner, insiktsfulla redaktioner och unika smygtittar.