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Se combinati, i dati EEG, che riflettono l’attività elettrica nel cervello, e le misurazioni del lattato del sudore, un acido organico prodotto dal corpo durante l’esercizio fisico e la normale attività metabolica, possono essere utilizzati per monitorare lo sforzo durante l’esercizio fisico o per monitorare i livelli di stress e concentrazione. Tali dati possono essere utilizzati anche per la diagnosi di convulsioni, comprese le crisi epilettiche.
Gli auricolari dotati di biosensori possono misurare continuamente l’attività elettrica del cervello e i livelli di lattato di secrezione di sudore, una potenziale nuova tecnologia di rilevamento indossabile per il monitoraggio di malattie neurogenerative o della salute a lungo termine.
Sviluppati da un team multidisciplinare di ingegneri presso il Center for Wearable Sensors della UC San Diego Jacobs School of Engineering, i sensori auricolari trasmettono in modalità wireless i dati registrati a uno smartphone o a un computer portatile per la visualizzazione e l’analisi.
I sensori sono visivamente meno invadenti e più comodi da indossare rispetto a un auricolare per elettroencefalogramma del cuoio capelluto (EEG) all’avanguardia o a un misuratore commerciale di lattato nel sangue, offrendo prestazioni simili.
“Essere in grado di misurare le dinamiche sia dell’attività cognitiva del cervello che dello stato metabolico del corpo in un dispositivo integrato nell’orecchio che non interferisce con il comfort e la mobilità dell’utente apre enormi opportunità per far progredire la salute e il benessere di persone di tutte le età, sempre e ovunque”, commenta il co-ricercatore principale Gert Cauwenberghs in un comunicato stampa.
Se combinati, i dati EEG, che riflettono l’attività elettrica nel cervello, e le misurazioni del lattato del sudore, un acido organico prodotto dal corpo durante l’esercizio fisico e la normale attività metabolica, possono essere utilizzati per monitorare lo sforzo durante l’esercizio fisico o per monitorare i livelli di stress e concentrazione. Tali dati possono essere utilizzati anche per la diagnosi di convulsioni, comprese le crisi epilettiche.
Riportando i loro risultati su Nature Biomedical Engineering, i ricercatori spiegano che i sistemi di rilevamento elettrofisiologico in-ear forniscono “soluzioni eleganti per il monitoraggio discreto dello stato del cervello all’interno del condotto uditivo”.
L’orecchio si trova vicino al sistema nervoso centrale, alla vascolarizzazione principale e alla corteccia uditiva, fornendo l’accesso a parametri fisiologici come l’EEG, la frequenza cardiaca e la saturazione di ossigeno. Ha anche più ghiandole sudoripare esocrine che consentono l’analisi dei metaboliti vitali.
Il nuovo dispositivo comprende due tipi di sensore serigrafato su un substrato polimerico flessibile di 150 μm di spessore, che si attacca intorno agli auricolari.
Il sensore elettrofisiologico implementa una forma di interfaccia cervello-computer indossabile nell’orecchio per tracciare i segnali relativi allo stato cerebrale come l’EEG e l’attività elettrodermica.
L’altro sensore esegue l’analisi elettrochimica dei metaboliti nell’orecchio (il lattato nel sudore). I sensori elettrochimici sono ricoperti da un idrogel trasparente simile a una spugna che funge da cuscinetto meccanico tra la pelle e i sensori e migliora la raccolta del sudore. Sono caricati a molla per mantenere il contatto con l’orecchio, ma si regolano man mano che gli auricolari si muovono.
Il team ha testato i sensori degli auricolari in volontari sani che eseguivano un vigoroso ciclo stazionario a un livello fisso. Il dispositivo ha rilevato livelli elevati di lattato nel sudore e cambiamenti nell’attività cerebrale.
La convalida dei dati raccolti rispetto ai risultati ottenuti da cuffie EEG commerciali a contatto secco e campioni di sangue contenenti lattato ha rivelato dati comparabili da entrambi i sistemi.
I sensori del lattato attualmente richiedono agli utenti di eseguire un esercizio vigoroso o altre attività che generano sudore. Senza tale esercizio, non è possibile raccogliere una quantità sufficiente di lattato per l’analisi, spiega il co-ricercatore principale Sheng Xu. I ricercatori hanno in programma di migliorare il design in modo che l’esercizio non sia necessario per il monitoraggio.
La ricerca potrebbe anche portare a nuove terapie. “Il neurofeedback uditivo che accoppia i segnali cerebrali misurati con il suono riprodotto dal dispositivo nell’orecchio può consentire nuovi progressi terapeutici potenzialmente di vasta portata per la correzione attiva di disturbi neurologici debilitanti come l’acufene”, afferma Cauwenberghs.
Foto: Erik Jepsen/University of California San Diego
