Хотя электроэнцефалография (ЭЭГ) может предоставить массу информации об электрической активности мозга человека, этот человек должен носить неуклюжую черепную шапочку, полную электродов. Однако такие шапочки вскоре могут быть заменены татуировками на коже головы, напечатанными на струйном принтере.
Помимо прочего, ЭЭГ часто используются для мониторинга и диагностики широкого спектра черепно-мозговых травм и заболеваний мозга, таких как эпилепсия. Они также используются для оценки проблем со сном и даже для того, чтобы позволить парализованным людям управлять компьютерами (или другими устройствами) с помощью своих мыслей.
Обычно люди, которым делают ЭЭГ, должны носить шапочку, оснащенную жестко подключенным массивом электродов. Каждый из этих электродов имеет каплю проводящего геля на нижней стороне, что позволяет ему считывать электрические сигналы мозга через волосы и кожу пациента.
Само собой разумеется, что эти шапочки были бы довольно непрактичными — и выглядели бы смешно — для человека, который носил бы их в течение дня, занимаясь своими обычными делами. Гель также высыхал бы, что приводило бы к неудовлетворительным показаниям.
В результате ЭЭГ обычно проводятся в течение относительно коротких периодов времени в больницах или клиниках, при этом пациент все время остается сидящим или полулежащим. Это означает, что записанные показания могут не отражать, как активность мозга человека меняется в течение дней или даже недель, поскольку он делает то, что делает обычно.
Более мобильная альтернатива ЭЭГ-шапочкам, которая разрабатывается уже более десятилетия, предполагает замену электродов временными татуировками на коже головы, состоящими из проводящих чернил. Одна из проблем этого подхода заключается в том, что такие «электронные татуировки» работают только на полностью безволосой коже. Даже если бы электронные татуировки были нанесены на бритую кожу, они стали бы неэффективными по мере того, как волосы отрастали.
Вот тут-то и появляются новые электронные татуировки. Их разрабатывают ученые из Техасского университета в Остине и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA).
Сообщается, что электронные татуировки обеспечивают высокую точность сигнала даже в течение длительных периодов Техасский университет в Остине
Процесс нанесения татуировки начинается с 3D-сканирования головы пациента. Используя эти данные о форме головы, компьютерный алгоритм определяет оптимальное размещение электронных татуировок на конкретном человеке. Затем эти татуировки быстро наносятся 5-осевым микроструйным печатным роботом.
Важно то, что печатающее сопло этого робота на самом деле не контактирует с кожей пациента. Вместо этого оно выстреливает проводящими чернилами с такой скоростью, что они проходят сквозь волосы и попадают на лежащую под ними кожу. Там они образуют гибкую, растягивающуюся, воздухопроницаемую пленку, на которую не влияют растущие вокруг нее волосы.
Каждая электронная татуировка включает в себя как сам электрод, так и «провод» — состоящий из другого типа чернил — идущий от него вниз по затылку пациента. Там основание каждого татуированного провода соединено с настоящим проводом, который, в свою очередь, соединен с небольшим носимым коммерческим регистратором ЭЭГ.
Система, оптимизированная для использования в реальном мире, была бы значительно изящнее, чем эта экспериментальная установка Техасский университет в Остине
«Святой Грааль для ЭЭГ — это датчик, который пациенты могут носить в течение длительного времени, вне клинических условий и без необходимости постоянного обслуживания», — говорит профессор Наньшу Лу из Техасского университета в Остине, один из руководителей проекта. «То, что мы разработали, открывает двери для более мобильного зондирования ЭЭГ».
В настоящее время этот процесс работает только на коже головы с довольно короткими волосами, поэтому ученые работают над роботизированной системой, которая фактически будет расчесывать более длинные волосы, оттягивая их в сторону, чтобы принтер мог добраться до кожи под ними. Они также находятся в процессе создания чернил, более устойчивых к трению, поскольку в настоящее время они довольно легко стираются.
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Cell Biomaterials. Процесс электронной татуировки продемонстрирован на видео ниже.
Электронная татуировка с электродом ЭЭГ, которую можно распечатать на 3D-принтере
