Исследователи из NYU Tandon достигли ключевой вехи в своем стремлении разработать носимую технологию, которая позволяет измерять ключевые механизмы мозга через кожу.
Роуз Фаги, адъюнкт-профессор биомедицинской инженерии, последние семь лет работала над технологией, позволяющей измерять умственную активность с помощью электродермальной активности (ЭДА) — электрического феномена кожи, на который влияет активность мозга, связанная с эмоциональным статусом. Внутренние стрессы, вызванные болью, истощением или особенно плотным графиком, могут вызвать изменения в ЭДА — изменения, которые напрямую связаны с психическим состоянием .
Всеобъемлющая цель — мультимодальный интеллектуальный неинвазивный декодер состояния мозга для носимых адаптивных архитектур с замкнутым контуром, или MINDWATCH, как его называет Фаги, — будет действовать как способ контролировать психическое состояние пользователя и предлагать подталкивания, которые помогут ему вернуться обратно в нормальное состояние. более нейтральное состояние души. Например, если человек испытывал особенно сильный стресс, связанный с работой, MINDWATCH мог уловить это и автоматически включить расслабляющую музыку.
Теперь Фаги вместе с Рафиулом Амином, ее бывшим доктором философии. студент — выполнил важнейшую задачу, необходимую для мониторинга этой информации. Впервые они разработали новый механизм логического вывода, который может отслеживать активность мозга через кожу в режиме реального времени с высокой масштабируемостью и точностью. Результаты представлены в новой статье «Физиологическая характеристика электродермальной активности позволяет делать масштабируемые выводы об активации вегетативной нервной системы в режиме, близком к реальному времени», опубликованном в журнале PLOS Computational Biology .
«Определение активации вегетативной нервной системы с помощью носимых устройств в режиме реального времени открывает новые возможности для мониторинга и улучшения психического здоровья и когнитивной деятельности», — говорит Фаги.
Предыдущие методы измерения активации симпатической нервной системы через кожу занимали минуты, что нецелесообразно для носимых устройств. В то время как ее более ранняя работа была сосредоточена на определении активности мозга посредством активации пота и других факторов, новое исследование дополнительно моделирует сами потовые железы . Модель включает в себя трехмерное представление в пространстве состояний прямого
секреция пота через открытие пор, а также диффузия с последующим соответствующим испарением и реабсорбцией. Эта подробная модель желез обеспечивает исключительное понимание активности мозга.
Новая модель была запущена на данных 26 здоровых людей. Исследователи показали, что они могут расшифровывать сигналы мозга с высокой надежностью. Кроме того, требования к вычислительной мощности их нового алгоритма минимальны, и он может получить информацию о мозге и физиологии в течение нескольких секунд, тогда как другой предыдущий подход занял бы минуты. Это означает, что небольшая носимая технология мониторинга, обеспечивающая невероятную скорость, высокую масштабируемость и исключительную надежность, находится в пределах досягаемости.
Более широкое влияние и применение методологии включают мониторинг производительности, мониторинг психического здоровья, измерение боли и когнитивного стресса. Отслеживание психического здоровья может помочь лучше справляться с аутизмом, посттравматическими стрессовыми расстройствами, чрезмерной раздражительностью, склонностью к суициду и многим другим. Отслеживание производительности и отслеживание когнитивного стресса могут помочь повысить индивидуальную производительность и качество жизни.
«Производительность человека меняется в зависимости от его когнитивной вовлеченности и уровня возбуждения». говорит Фагих. Например, очень низкий или очень высокий уровень возбуждения может привести к плохой работе. Следовательно, ожидается, что. В конечном счете, исследователи могут использовать предполагаемую активацию вегетативной нервной системы и расшифрованное возбуждение для разработки вмешательств для повышения производительности».
Одним из примеров применения этого метода является ранняя диагностика таких заболеваний, как диабетическая невропатия. Мелкие нервы передают стимуляцию мозга ко многим частям тела, включая те, которые связаны с реакцией проводимости кожи. Чтобы отслеживать полученную мозговую активность, EDA можно измерять и контролировать на регулярной основе на участках кожи, склонных к невропатии. Если на участке кожи имеется невропатия (то есть повреждены крошечные нервы), мозг не будет активировать этот участок. Отслеживая изменения, врачи могут видеть, как прогрессирует такое состояние, как диабетическая невропатия , и могут привести к изменениям в планах лечения.
Другим примером является новорожденный пациент, испытывающий сильную боль после хирургической процедуры, который не может передать степень своих страданий. Врачи могут использовать записи EDA и делать выводы об активности мозга , чтобы оценить, насколько сильно болит младенец, и вмешаться по мере необходимости.
Для Фаги эта работа может стать прорывом в области охраны психического здоровья . Мониторинг психического состояния уязвимых людей может помочь им получить более эффективную помощь и предотвратить серьезные последствия ухудшения психического здоровья или перепадов настроения.
В настоящее время ее команда работает над тем, как внедрить модель в носимые устройства, включая устранение информационного «шума», вызванного такими факторами, как активное движение и физические упражнения, а также ищет потенциальных партнеров для разработки и производства устройств, которые будут нести алгоритм.
