Los bioingenieros y los científicos cognitivos han desarrollado el primer sistema portátil de monitoreo de actividad cerebral portátil de 64 canales que es comparable al equipo de última generación que se encuentra en los laboratorios de investigación.
El sistema se adapta mejor a las aplicaciones del mundo real porque está equipado con sensores EEG secos que son más fáciles de aplicar que los sensores húmedos, a la vez que proporciona datos de actividad cerebral de alta densidad. El sistema consta de un electrodo seco de 64 canalesAuriculares EEG portátiles y un sofisticado paquete de software para la interpretación y el análisis de datos. Tiene una amplia gama de aplicaciones, desde investigación hasta neuro-feedback y diagnóstico clínico.
El objetivo de los investigadores es sacar el EEG del entorno del laboratorio, donde actualmente está confinado por métodos de EEG húmedo. En el futuro, los científicos imaginan un mundo en el que los sistemas de neuroimagen trabajen con sensores móviles y teléfonos inteligentes para rastrear estados cerebrales en todo eldía y aumentar las capacidades del cerebro.
"Esto llevará la neuroimagen al siguiente nivel al desplegarse a una escala mucho mayor", dijo Mike Yu Chi, ex alumno de la Escuela Jacobs y CTO de Cognionics que dirigió el equipo que desarrolló los auriculares utilizados en el estudio ".podrá trabajar en los hogares de los sujetos. Puede poner esto en alguien que conduce "
Los investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs y el Instituto de Computación Neural de la UC San Diego detallaron sus hallazgos en un artículo del número especial sobre tecnologías portátiles publicado recientemente en IEEE Transactions on Biomedical Engineering.
También vislumbran un futuro en el que la neuroimagen se pueda utilizar para lograr nuevas terapias para los trastornos neurológicos. "Podremos incitar al cerebro a solucionar sus propios problemas", dijo Gert Cauwenberghs, profesor de bioingeniería en la Escuela Jacobs y uninvestigador principal de la investigación, respaldado en parte por una beca de cinco años de Innovación en Fronteras Emergentes de la National Science Foundation. "Estamos tratando de alejarnos de las tecnologías invasivas, como la estimulación cerebral profunda y los medicamentos recetados, y en su lugar comenzamosproceso de reparación utilizando la plasticidad sináptica del cerebro ".
En 10 años, el uso de una interfaz cerebro-máquina podría volverse tan natural como el uso de su teléfono inteligente es hoy en día, dijo Tim Mullen, un ex alumno de UC San Diego, ahora CEO de Qusp y autor principal del estudio. Mullen, ex investigador deEl Centro Swartz de Neurociencia Computacional en UC San Diego, dirigió el equipo que desarrolló el software utilizado en el estudio con financiamiento parcial del Laboratorio de Investigación del Ejército.
Para que esta visión del futuro se convierta en realidad, los sensores tendrán que ser no solo portátiles sino también cómodos, y los algoritmos para el análisis de datos deberán poder cortar el ruido para extraer datos significativos. El documento, titulado "Realen tiempo real de Neuroimagen y Monitoreo Cognitivo Usando EEG seco portátil ", describe algunos primeros pasos significativos en esa dirección.
auriculares EGG
El auricular EEG desarrollado por Chi y su equipo tiene una forma de pulpo, en la que cada brazo es elástico, de modo que se adapta a muchos tipos diferentes de formas de cabeza. Los sensores en el extremo de cada brazo están diseñados para que sean óptimoscontacto con el cuero cabelludo mientras se agrega el menor ruido posible en la señal.
Los investigadores pasaron cuatro años perfeccionando la receta de los materiales de los sensores. Los sensores diseñados para trabajar en el cabello de un sujeto están hechos de una mezcla de plata y carbono depositados en un sustrato flexible. Este material permite que los sensores permanezcan flexibles y duraderos mientras conducenSeñales de alta calidad: un recubrimiento de plata / cloruro de plata es clave aquí. Los sensores diseñados para trabajar sobre la piel desnuda están hechos de un hidrogel encerrado dentro de una membrana conductora. Estos sensores están montados dentro de una cápsula equipada con un amplificador, que ayuda a impulsarla calidad de la señal al tiempo que protege los sensores de las interferencias de equipos eléctricos y otros dispositivos electrónicos. Los siguientes pasos incluyen mejorar el rendimiento de los auriculares mientras los sujetos se mueven. El dispositivo puede capturar señales de manera confiable mientras los sujetos caminan, pero no tanto durante actividades más extenuantes como correr.mejora para funcionar durante períodos de tiempo más largos: días e incluso semanas en lugar de horas.
Software y análisis de datos
Los datos que capturaron los auriculares fueron analizados con el software desarrollado por Mullen y Christian Kothe, otro ex investigador del Centro Swartz de Neurociencia Computacional y actualmente CTO de Qusp. Primero, las señales cerebrales debían separarse del ruido en los datos del EEG.Las pequeñas corrientes eléctricas que se originan en el cerebro a menudo están contaminadas por artefactos de alta amplitud generados cuando los sujetos se mueven, hablan o incluso parpadean.Los investigadores diseñaron un algoritmo que separa los datos del EEG en tiempo real en diferentes componentes que no están relacionados estadísticamente entre sí.Luego comparó estos elementos con datos limpios obtenidos, por ejemplo, cuando un sujeto está en reposo. Los datos anormales se etiquetaron como ruido y se descartaron ". El algoritmo intenta eliminar la mayor cantidad de ruido posible mientras preserva la mayor cantidad de señal cerebralcomo sea posible ", dijo Mullen.
Pero el análisis no se detuvo allí. Los investigadores utilizaron información sobre la anatomía conocida del cerebro y los datos que recopilaron para descubrir de dónde provienen las señales dentro del cerebro. También pudieron rastrear, en tiempo real, cómo las señales dediferentes áreas del cerebro interactúan entre sí, construyendo un mapa de red en constante cambio de la actividad cerebral. Luego utilizaron el aprendizaje automático para conectar patrones de red específicos en la actividad cerebral con la cognición y el comportamiento.
"Un Santo Grial en nuestro campo es rastrear cambios significativos en las redes cerebrales distribuidas a la 'velocidad del pensamiento'", dijo Mullen. "Estamos más cerca de ese objetivo, pero aún no estamos allí".
Start-ups
Tanto Chi como Mullen han creado nuevas empresas centradas en la comercialización de tecnología cerebral, incluidos algunos componentes presentados en este estudio. La compañía de Chi, Cognionics, vende los auriculares a grupos de investigación. El dispositivo también es popular entre los especialistas en neuro-feedback,quienes mapean el cerebro para luego influir en el comportamiento. El objetivo final es llevar los auriculares a la clínica para ayudar a diagnosticar una variedad de afecciones, como accidentes cerebrovasculares y convulsiones.
La nueva empresa de Mullen, Qusp, ha desarrollado NeuroScale, una plataforma de software basada en la nube que proporciona una interpretación continua en tiempo real de las señales del cerebro y el cuerpo a través de una interfaz de programa de aplicación de Internet. El objetivo es habilitar la interfaz cerebro-computadora y la señal avanzadamétodos de procesamiento para integrarse fácilmente con varias aplicaciones cotidianas y dispositivos portátiles.
Bajo la financiación conjunta de DARPA, Cognionics está creando un sistema EEG mejorado, mientras que Qusp está desarrollando un entorno de software gráfico fácil de usar para el diseño y la aplicación rápidos de tuberías de análisis de señales cerebrales.
"Estos esfuerzos empresariales son parte integral del éxito de la Escuela Jacobs y el Instituto de Computación Neural para ayudar a llevar la neurotecnología del laboratorio a usos prácticos en aplicaciones cognitivas y clínicas", dijo Cauwenberghs, cofundador de Cognionics y sirveen su Consejo Científico Asesor.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California, San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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