Исследователисоздали жидкие чернила, которые можно наносить прямо на кожу головы для мониторинга мозговой активности. Они позволяют делать электронные татуировки, которые точно отслеживают мозговые волны и сохраняют связь в течение длительного времени. Разработка предлагают альтернативу традиционным ЭЭГ-установкам.
«Наши инновации в области дизайна датчиков, биосовместимых чернил и высокоскоростной печати открывают путь к будущему производству датчиков для электронных татуировок на теле с широким применением как в клинических условиях, так и за их пределами», — говорит соавтор и исследователь из Техасского университета в Остине Наншу Лу.
Электроэнцефалография (ЭЭГ) — важный инструмент для диагностики различных неврологических заболеваний, включая судороги, опухоли мозга, эпилепсию и черепно-мозговые травмы. Во время традиционного ЭЭГ-теста специалисты измеряют кожу головы пациента с помощью линейки и карандаша, отмечая более десятка мест, где они будут приклеивать электроды, которые с помощью длинных проводов подключаются к аппарату для сбора данных, чтобы отслеживать активность мозга пациента. Эта процедура отнимает много времени и сил, к тому же она может быть неудобной для многих пациентов, которым приходится часами сидеть на ЭЭГ-тесте.
Лу и ее команда стали первопроходцами в разработке небольших датчиков, которые отслеживают сигналы организма с поверхности кожи человека. Эта технология известна как электронные татуировки, или e-tattoos. Ученые наносят электронные татуировки на грудь, чтобы измерить сердечную деятельность, на мышцы, чтобы определить степень усталости, и даже в подмышечную впадину, чтобы измерить компоненты пота.
В прошлом электронные татуировки обычно печатались на тонком слое клейкого материала, а затем переносились на кожу, но это было эффективно только на безволосых участках. «Разработка материалов, совместимых с волосяным покровом, была постоянной проблемой в технологии электронных татуировок», — говорит Лу.
Чтобы решить эту проблему, команда разработала тип жидких чернил из проводящих полимеров. Чернила могут протекать через волосы и достигать кожи головы, а после высыхания они работают как тонкопленочный датчик, улавливая активность мозга через кожу головы.
Используя компьютерный алгоритм, исследователи определяют места для электродов ЭЭГ на коже головы пациента. Затем они используют струйный принтер с цифровым управлением, чтобы нанести тонкий слой чернил для электронных татуировок на эти зоны. По словам исследователей, процесс проходит быстро, не требует контакта и не вызывает дискомфорта у пациентов.
Команда напечатала электроды татуировки на коже головы пяти участников с короткими волосами. Рядом с электронными татуировками они также прикрепили обычные электроды ЭЭГ. Команда обнаружила, что электронные татуировки наравне с традиционным способом одинаково хорошо обнаруживают мозговые волны с минимальным уровнем шума.
Через 6 часов гель на обычных электродах начал высыхать. Более трети таких электродов не улавливали сигнал, в то время как большинство оставшихся электродов имели меньший контакт с кожей — это приводило к менее точному обнаружению сигнала. Электроды татуировки, напротив, демонстрировали стабильную связь в течение как минимум 24 часов.
Кроме того, исследователи изменили формулу чернил и напечатали линии e-tattoo, которые спускаются к основанию головы от электродов, чтобы заменить провода, используемые в стандартном тесте ЭЭГ.
«Эта модификация позволила напечатанным проводам проводить сигналы, не улавливая новые по пути», — говорит соавтор работы Ксимин Хэ из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Затем команда присоединила гораздо более короткие физические провода между татуировками к небольшому устройству, которое собирает данные о мозговых волнах. По словам команды, в будущем они планируют встроить беспроводные передатчики данных в электронные татуировки, чтобы добиться полностью беспроводного процесса ЭЭГ.
«Наше исследование потенциально может произвести революцию в разработке неинвазивных устройств для взаимодействия мозга и компьютера», — говорит соавтор исследования Хосе Миллан из Техасского университета в Остине.
Устройства с интерфейсом мозг-компьютер записывают активность мозга, связанную с какой-либо функцией, например, речью или движением, и используют ее для управления внешним устройством без необходимости двигать мышцами. В настоящее время эти гаджеты часто включают в себя большую гарнитуру, которая громоздка в использовании. По словам Миллана, электронные татуировки способны заменить внешнее устройство и нанести электронику прямо на голову пациента, сделав технологию интерфейса мозг-компьютер более доступной.
Ранее сингапурский стартап Biorithm создал устройство, которое женщины могут использовать дома для мониторинга своей беременности. Новый гаджет носит название Femom. Он отслеживает частоту сердечных сокращений матери и плода, а для его использования не нужна никакая специальная подготовка.