Как будто умное кольцо для настроения, но прямо на лбу!

Чувствуете стресс? Переработки зашкаливают? Новое электронное тату, которое крепится на лбу, может вскоре предоставить информацию о вашем психическом состоянии в режиме реального времени.

Исследователи из Университета Техаса в Остине разработали беспроводное, сверхтонкое носимое устройство, которое прикрепляется к коже как временное тату и отслеживает сигналы мозга и движения глаз, чтобы оценить уровень умственной нагрузки.

Представьте себе что-то вроде продвинутого аналога кольца Oura, но на лице — и оно может помочь пилотам, хирургам, гонщикам и военным сохранять ясность мышления даже в условиях сильного давления. «В таких высокоставленных задачах мы можем получать данные о ментальной нагрузке в реальном времени и расшифровывать её», говорит Наншу Лу, биомедицинский инженер из UT-Austin, возглавлявшая разработку датчика на лбу.

По её словам, такие данные можно использовать для корректировки заданий, перераспределения рабочих обязанностей до возникновения ошибок или даже для отправки предупреждений, если когнитивная нагрузка достигает критического уровня. Лу и её коллеги описали эту технологию в журнале Device.

Где ещё можно использовать электронные татуировки?

Новое устройство стало результатом более чем десятилетней работы лаборатории Лу над так называемыми «электронными татуировками» — мягкими, похожими на кожу устройствами, которые могут отслеживать всё: от артериального давления до потребления алкоголя, без использования громоздкой техники.

Её команда была одной из первых, кто показала, что ультратонкие и эластичные электронные компоненты могут плотно прилегать к коже, обеспечивая комфорт и ненавязчивость при измерении электрической активности тела.

Ранее разработанные версии использовались для таких задач, как мониторинг сердца, с помощью датчиков, прикреплённых к груди, чтобы фиксировать электрические и механические сигналы органа. Однако разработка версии для лба стала новым вызовом.

Команде Лу нужно было создать электроды, устойчивые к движению, которые не будут смещаться или терять качество сигнала из-за мимики лица или пота, но при этом оставаться достаточно комфортными для длительного ношения, часто под шлемами или наушниками. Также технология должна была улавливать слабые электрические сигналы, исходящие от префронтальной доли мозга — центра рассуждений, принятия решений и обработки информации. Эти сигналы гораздо слабее, чем те, которые производит сердце.

Решением стало небольшое устройство размером с почтовую марку, которое крепится чуть выше и между бровями — в зоне, которую иногда называют «третьим глазом». В центральном модуле находится аккумулятор, а гибкие электроды расходятся в виде прозрачной схемы к вискам, щекам и за уши. Такое расположение позволяет отслеживать изменения в направлении взгляда и стабилизировать сигнал.

Как и в предыдущих проектах Лу, электроды напечатаны на полиуретане с добавлением углерода. Но в этой версии добавили мягкое клеящее покрытие, улучшающее качество сигнала и позволяющее устройству оставаться на месте даже при поте, длительном ношении и в условиях повышенного давления.

Как тестировали электронное тату

Сочетая электроэнцефалографию (ЭЭГ) и электроокулографию (ЭОГ), устройство фиксирует как волновую активность мозга, так и движения глаз — два ключевых маркера когнитивной нагрузки. Алгоритм машинного обучения анализирует входящие данные, классифицируя, находится ли пользователь в состоянии низкой или высокой умственной нагрузки, основываясь на тонких изменениях в нейронных и глазных паттернах.

В лабораторных испытаниях добровольцы выполняли задачи на память и арифметику, одновременно нося устройство. Устройство успешно различало моменты умственного расслабления и периоды нагрузки, сохраняя точность даже тогда, когда участники двигали головой и моргали, что подчёркивает его потенциал для применения в динамичных реальных условиях, таких как операционные или кабины самолётов.

Однако, по словам Яэль Ханаин, физика из Тель-Авивского университета и соосновательницы компании X-trodes, специализирующейся на носимой биоэлектронике, настоящая готовность к применению в полевых условиях требует дополнительных проверок, особенно при активностях, связанных с непредсказуемыми или полнотелыми движениями.

«Работы ещё много, но это важный шаг вперёд в изучении возможностей и свойств этой платформы», говорит Ханаин. «Следующий этап — выйти за пределы лабораторного стола и показать, что вы можете ходить с этими устройствами и при этом получать достоверные ЭЭГ-сигналы».

Как сравнивается устройство на лбу

В последние годы Лу и её коллеги исследовали другие методы мониторинга стресса в реальном времени. В 2022 году они представили электронное тату на ладони, которое фиксировало проводимость кожи и движения. А в конце прошлого года их команда сообщила о методе печати на коже головы, где биосовместимые проводящие чернила могли записывать ЭЭГ-сигналы даже через коротко остриженные волосы.

Оба подхода были шагом вперёд в плане комфорта и удобства ношения, но ни один не предлагал такой комплексной, многомодальной сенсорной системы, как новое устройство на лбу. Датчик на ладони отслеживал физиологические параметры, но не активность мозга, а чернила на коже головы записывали ЭЭГ, но не следили за движением глаз. Последняя версия выполняет двойную функцию, собирая нейронные и глазные данные в легком устройстве, предназначенном для повседневного использования — хотя и выглядит оно немного как из научной фантастики.

«Мне очень нравится, что это тату на лице измеряет разные биомаркеры», говорит Дмитрий Киреев, исследователь биоэлектроники из Массачусетского университета в Амхерсте, который писал о сенсорах электронных тату для мартовского номера IEEE Spectrum.

Э-тату — модно или функционально?

Киреев, не принимавший участие в последнем исследовании, признаёт, что устройство с проводящими дорожками не слишком незаметно — его внешний вид где-то между косплеем из научного фильма и образцом киберпанковского СПА. Но для него этот футуристический стиль — часть очарования. «Я бы попробовал такое», говорит он. «Форма и дизайн довольно интересны».

Правда, не все разделят вкус Киреева — поэтому Лу и её команда работают над системами с прозрачными электродами и скрытыми элементами, которые можно спрятать под волосы. Такие косметические улучшения сделают технологию более подходящей для офиса, особенно в ситуациях, где яркие отметины на лице будут противоречить дресс-коду, отмечает она. Но даже текущая версия, по её мнению, может быть того стоит — ради повышения концентрации и безопасности на работе.

Хотя татуировки на лице часто считают «препятствием для карьеры», это электронное тату может стать редким исключением — повышая производительность, а не вызывая недоумение.