Жидкие электроды для слежки за мозгом обогнали нейрочип Маска

Временная татуировка прямо на коже волосистой части головы оказалась простым и безопасным решением для мониторинга работы мозга. Но для этого учёным пришлось изобрести жидкие чернила, которые врачи могут наносить на кожу пациента для медицинских измерений.


Технологию описали в журнале Cell Biomaterials («Клеточные биоматериалы»). Она представляет собой интересную альтернативу тому громоздкому способу, который ныне используется для мониторинга мозговых волн и диагностики неврологических заболеваний. А ещё у изобретения есть потенциал для создания нетравмирующих средств связи между мозгом и компьютером.

Электроэнцефалография (ЭЭГ) — важный инструмент для диагностики и контроля при различных неврологических заболеваниях (той же эпилепсии), после судорожных припадков и травм головы и так далее. Во время традиционной процедуры ЭЭГ медики измеряют голову пациента с помощью линеек, чтобы выбрать более десяти точек, куда затем крепят электроды с проводами, идущими к аппаратуре для сбора данных. Обычная процедура отслеживания активности мозга — дело небыстрое и довольно сложное. Не говоря уже о неудобстве для пациентов, которым приходится порой часами терпеть ЭЭГ-тест.

Наньшу Лу из Техасского университета в Остине с коллегами разработали небольшие датчики, которые отслеживают сигналы из черепной коробки прямо с поверхности кожи человека. Сама по себе идея технологии известна как электронные татуировки, и ранее её уже опробовали на груди для измерений сердечного ритма, наносили на мышцы, чтобы измерять их утомляемость, и даже ставили подмышками для проверки состава пота.

Однако до этого электронные татуировки печатали на тонком слое клейкой плёнки, а затем переносили на кожу. Загвоздка была в ограниченной применимости — только на коже без волос.


— Лу.

Чернила можно наносить на кожу головы через волосы. После высыхания они работают как те же датчики на клейкой плёнке, то есть как электроды, которые улавливают активность мозга на поверхности головы.

Наметить, где лучше расположить чернильные электроды для ЭЭГ, исследователям помогает специально разработанный алгоритм для проектирования. Затем струйным принтером с цифровым управлением тонкий слой чернил распыляют по заданной схеме. Причём, по словам исследователей, процесс получатся быстрым, бесконтактным и не вызывает у тестируемых неприятных ощущений.



Изобретатели напылили электронные татуировки, служащие электродами, на кожу головы пяти добровольцам с короткими волосами. Для контроля успешности также прикрепили традиционные электроды для ЭЭГ рядом с чернильными. И в результате убедились, что электронные татуировки достаточно хорошо улавливают даже слабые сигналы мозга.

Через шесть часов гель на обычных электродах начал высыхать, так что более трети проводов перестали улавливать сигнал. У остальных проводных электродов контакт с кожей ослаб, ухудшив считывание медицинских показателей. Зато средства связи в виде электронного татуажа обеспечивали стабильное соединение как минимум на протяжении суток.

А ещё новаторы улучшили состав чернил и продлили линии электронной татуировки до самой нижней части головы, тем самым заменив провода, которые используют при обычном ЭЭГ-тестировании.


— Симинь Хэ, соавтор исследования, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе

Затем учёные прикрепили укороченные металлические провода между татуировками к небольшому устройству, которое собирает данные о мозговой активности, как это показано на заглавной иллюстрации. Изобретатели заявили, что в дальнейшем хотят довести улучшение до такого совершенства, чтобы процедура ЭЭГ стала полностью беспроводной.

Соавтор исследования Хосе Миллан из Техасского университета в Остине добавил, что их с коллегами исследование может привести к созданию устройств для взаимодействия между головным мозгом и компьютером, при использовании которых вообще не понадобятся никакие имплантаты, проколы и надрезы, то есть в принципе неинвазивных.

Подобные средства для нейрокомпьютерного интерфейса («мозг — компьютер») фиксируют данные активности мозга при осуществлении главным органом определённой функции, например речи или движения. Затем такая аппаратура использует данные для управления внешним электронным устройством. Эффект от таких технологий очевиден, особенно в случае с людьми, чья подвижность ограничена инвалидностью.

Однако на нынешнем уровне существующих технологий необходимые для кратчайшей связи «мозг — компьютер» устройства слишком громоздки и неудобны в использовании. По словам Миллана, электронные татуировки могут заменить внешнее устройство и напечатать татуаж прямо на голове пациента, сделав технологию интерфейса «мозг — компьютер» более доступной.

Чтобы подчеркнуть степень инновационности описанной разработки напомним, что в текущем году Илон Маск объявил о первом в истории вживлении в головной мозг человека нейрочипа для управления гаджетами силой мысли. Как видим, идея жидких электродов по сути опережает то, что технологический предприниматель подаёт как самое передовое.