Icke-permanent trådlös e-tatuering i pannan mäter mental belastning

Icke-permanent trådlös e-tatuering i pannan mäter mental belastning

Forskarna gav deltagarna tatueringar som kan spåra när deras hjärnor arbetar för hårt. Publicerad 29 maj i Cell Press JournalAnordningStudien introducerar en icke-permanent trådlös e-tatuering i pannan som avkodar hjärnvågor för att mäta mental stress utan skrymmande huvudbonader. Denna teknik kan hjälpa till att spåra den mentala arbetsbelastningen för arbetare som flygledare och lastbilschaufförer, vars fokus kan få allvarliga konsekvenser.

Tekniken utvecklas snabbare än människans utveckling. Vår hjärnkapacitet kan inte hänga med och kan lätt bli överbelastad. Det finns en optimal mental arbetsbelastning för optimal prestation som varierar från person till person. "

Nanshu Lu, studieförfattare, University of Texas i Austin

Människor presterar bäst i en kognitiv Goldillocks-zon, varken överväldigade eller uttråkade. Att hitta denna balans är nyckeln till optimal prestanda. Den nuvarande bedömningen av mental arbetsbelastning förlitar sig på NASA Task Load Index, en lång och subjektiv undersökning som tas efter uppgiftens slutförande.

E-tatueringen erbjuder ett objektivt alternativ genom att analysera elektrisk aktivitet från hjärnans och ögonrörelser, i processer som kallas elektroencefalografi (EEG) och elektrookulografi (EOG). Till skillnad från EEG-kåpor, som är skrymmande med hängande ledningar och smorda med squishy gel, består den trådlösa e-tatueringen av ett lätt batteri och papperstunna, limliknande sensorer. Dessa sensorer har vågiga slingor och spolar, en design som gör att de kan sträcka sig och anpassa sig sömlöst efter huden för komfort och tydliga signaler.

"Vad som är förvånande är att även om dessa lock har fler sensorer för olika delar av hjärnan, får de aldrig en perfekt signal eftersom allas huvudform är olika", säger Lu. "Vi mäter deltagarnas ansiktsdrag för att skapa personliga e-tatueringar för att säkerställa att sensorerna alltid är på rätt plats och tar emot signaler."

Forskare testade e-tatueringen på sex deltagare som genomförde en minnesutmaning som ökade svårigheten. När mental belastning ökade visade deltagarna högre aktivitet i theta- och deltahjärnvågor, vilket signalerade kognitiva behov, medan alfa- och betaaktiviteten minskade, vilket tyder på mental trötthet. Resultaten tyder på att enheten kan upptäcka när hjärnan kämpar.

Enheten stannade inte vid upptäckt. Det kan också förutsäga mental stress. Forskarna tränade en datormodell för att uppskatta mental arbetsbelastning baserat på signaler från e-tatueringen och framgångsrikt skilja mellan olika nivåer av mental arbetsbelastning. Resultaten visar att enheten kanske kan förutsäga mental trötthet.

Kostnaden är en annan fördel. Traditionella EEG-enheter kan överstiga 15 000 USD, medan E-Tattoos chips och batteripaket kostar 200 000 USD och engångssensorer kostar cirka 20 USD styck. "Låg kostnad gör enheten tillgänglig", säger författaren Luis Sentis från UT Austin. "En av mina önskemål är att göra e-tatueringen till en produkt som vi kan bära hemma."

Medan e-tatueringen bara fungerar på hårlös hud, arbetar forskare med att kombinera den med bläckbaserade sensorer som fungerar på hår. Detta möjliggör fullständigt utrymme och mer omfattande hjärnövervakning. I takt med att robotar och ny teknik i allt större utsträckning kommer in på arbetsplatser och hem hoppas teamet att denna teknik kommer att förbättra förståelsen för interaktion mellan människa och maskin.

"Vi har övervakat arbetarnas fysiska hälsa, spårat skador och muskelansträngning under lång tid", säger Sentis. "Nu kan vi övervaka ospårad mental stress. Detta kan förändra hur företag säkerställer det övergripande välbefinnandet för sin personal."

Källor: