Персонализированная электронная татуировка на лице, которая беспроводным способом отслеживает мозг, может определить, когда орган перегружен, и может использовать собранные данные для прогнозирования умственной перегрузки, согласно новому исследованию. Технология может помочь нам поддерживать золотую середину производительности.
Авиадиспетчеры, пилоты, работники здравоохранения, водители грузовиков, полицейские и спасатели, а также военные. Это лишь некоторые из высоконапряженных работ, требующих от человека полной концентрации в любое время, иначе есть риск катастрофических, потенциально фатальных последствий.
Исследователи под руководством Техасского университета в Остине (UT Austin) могли бы сделать выполнение этих работ намного проще благодаря своей новой технологии. Их временная электронная татуировка на лице, или e-tattoo, может считывать мозговые волны и не только определять, когда старое серое вещество перегружено, но и предсказывать приближение истощения.
«Технологии развиваются быстрее, чем человеческая эволюция», — сказал соавтор исследования, профессор Наньшу Лу, доктор философии, нынешний заведующий кафедрой инженерии имени Кэрол Кокрелл Карран в Техасском университете в Остине. «Существует оптимальная умственная нагрузка для оптимальной производительности, которая отличается от человека к человеку».
По словам исследователей, трюк заключается в том, чтобы найти когнитивную зону Златовласки, золотую середину между перегруженностью и скукой. Поэтому они приступили к разработке беспроводного способа измерения и анализа электрической активности мозга без электроэнцефалографического (ЭЭГ) устройства, которое требует десятков громоздких проводных электродов, обычно прикрепленных к шапочке.
«Удивительно, что эти шапочки, хотя и имеют больше датчиков для разных областей мозга, никогда не получают идеальный сигнал, потому что форма головы у всех разная», — сказал Лу. «Мы измеряем черты лица участников, чтобы изготовить персонализированные электронные татуировки, чтобы гарантировать, что датчики всегда находятся в правильном месте и принимают сигналы».
Вот электронная татуировка, показанная со всех сторон. Device/Huh et al. (2025)
Одноразовый беспроводной электрод электронной татуировки исследователей охватывает ширину лба и простирается вниз до скулы с каждой стороны лица. Заземленная электронная татуировка прикреплена за одним ухом. Устройство регистрирует четыре канала ЭЭГ на лбу и два канала электроокулографии (ЭОГ), которая измеряет движения глаз, поперек глаз.
Они протестировали свою электронную татуировку на шести участниках, пока те выполняли двойное задание N -back, когнитивное тренировочное упражнение, используемое для измерения рабочей памяти и подвижного интеллекта. Во время задания N -back потоки слуховых и зрительных стимулов предъявляются одновременно, и участников просят отслеживать оба и указывать, когда текущий стимул (слуховой или зрительный) совпадает с тем, который был предъявлен на N шагов раньше в последовательности. Чем больше шагов назад в последовательности участникам нужно запомнить (например, 3-назад, 4-назад), тем сложнее задача.
Исследователи проанализировали сигналы, собранные у каждого испытуемого, которые включали мощность дельта-, тета-, альфа-, бета- и гамма-диапазонов ЭЭГ. «Мощность диапазона ЭЭГ» относится к силе или интенсивности активности мозговых волн в этих частотных диапазонах. Они обнаружили, что по мере увеличения умственной нагрузки ( N ) мощность дельта- и тета-диапазонов участников увеличивалась, что сигнализировало об увеличении когнитивной нагрузки, в то время как мощность альфа-, бета- и гамма-диапазонов уменьшалась, что указывало на умственную усталость.
Дельта-волны (1–4 Гц). Самые медленные мозговые волны, обычно связанные с глубоким сном. Когда вы находитесь в состоянии глубокого расслабления или бессознательного состояния, ваш мозг вырабатывает больше дельта-волн.
Тета-волны (4–8 Гц). Тета-волны связаны с легким сном, сонливостью и глубокой релаксацией. Они также появляются во время медитативных состояний и часто связаны с творчеством, интуицией и эмоциональной обработкой.
Альфа-волны (8–12 Гц). Альфа-волны связаны со спокойными, расслабленными, но бдительными состояниями. Их часто можно наблюдать во время медитации, мечтаний или когда вы закрываете глаза, но все еще осознаете свое окружение.
Бета-волны (12–30 Гц). Связанные с активным мышлением, концентрацией внимания и решением проблем, бета-волны доминируют, когда вы бодрствуете и концентрируетесь на задаче, принимаете решения или занимаетесь активной умственной работой.
Гамма-волны (30–100 Гц). Самые быстрые мозговые волны, гамма-волны, связаны с когнитивными функциями более высокого уровня, такими как обучение, память и обработка информации.
Электронная татуировка не только определяла, когда мозг перегружен, но и могла предсказать, когда это может произойти. Используя модель машинного обучения, исследователи продемонстрировали, что данные ЭЭГ и ЭОГ, собранные устройством, дают достаточно информации для оценки умственной нагрузки, которую двойная задача N -back создаст для каждого участника исследования.
Несмотря на свои возможности, одноразовая электронная татуировка на лице на удивление доступна по цене. В зависимости от того, насколько шикарно вы хотите, традиционная ЭЭГ-машина может обойтись вам в сумму от 20 000 до 150 000 долларов США. В то время как исследователи подсчитали, что каждая одноразовая татуировка будет стоить менее 20 долларов, а стоимость компьютерных чипов и аккумулятора составит 200 долларов.
«Благодаря низкой стоимости устройство становится доступным», — сказал другой автор-корреспондент исследования, Луис Сентис, доктор философии, профессор кафедры аэрокосмической техники и инженерной механики Техасского университета в Остине. «Одно из моих желаний — превратить электронную татуировку в продукт, который мы можем носить дома».
В настоящее время исследователи работают над способами, которые позволят сделать электронную татуировку эффективной на тех частях тела, где есть волосы. Возможность разместить устройство на голове человека позволит проводить более полный мониторинг мозга. Они видят огромный потенциал в своем устройстве.
«Мы давно следим за физическим здоровьем работников, отслеживая травмы и мышечное напряжение», — сказал Сентис. «Теперь у нас есть возможность отслеживать умственное напряжение, которое раньше не отслеживалось. Это может кардинально изменить то, как организации обеспечивают общее благополучие своих сотрудников».
Исследование опубликовано в журнале Device .
