Los auriculares equipados con biosensores pueden medir continuamente la actividad eléctrica del cerebro y los niveles de lactato en la secreción del sudor. El dispositivo representa una nueva tecnología potencial de detección portátil para la detección y seguimiento de enfermedades neurogenerativas o el seguimiento de la salud a largo plazo.

Desarrollado por un equipo multidisciplinario de ingenieros del Centro de sensores portátiles En la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, los sensores de los auriculares transmiten de forma inalámbrica los datos registrados a un teléfono inteligente o una computadora portátil para su visualización y análisis. Con esta invención, los investigadores prevén un futuro en el que los sistemas de neuroimagen y monitoreo de la salud funcionen con sensores y dispositivos móviles fácilmente portátiles para rastrear la actividad cerebral y los niveles de muchos metabolitos relacionados con la salud a lo largo del día.

La integración de señales individuales del cerebro y del cuerpo en una única plataforma en miniatura representa un avance tecnológico para la tecnología de detección en el oído. Los investigadores señalan que los sensores tienen un factor de forma mucho más pequeño, son menos molestos visualmente y más cómodos de usar que un auricular de electroencefalograma (EEG) del cuero cabelludo de última generación o un medidor de lactato en sangre comercial, al tiempo que ofrecen un rendimiento similar.

“Poder medir la dinámica de la actividad cognitiva cerebral y el estado metabólico del cuerpo en un dispositivo integrado en el oído que no interfiere con la comodidad y la movilidad del usuario abre enormes oportunidades para mejorar la salud y el bienestar de personas de todas las edades. , en cualquier momento y en cualquier lugar”, investigador co-principal Gert Cauwenberghs comenta en un comunicado de prensa.

Cuando se combinan, los datos del EEG, que reflejan la actividad eléctrica en el cerebro, y las mediciones del lactato en el sudor, un ácido orgánico producido por el cuerpo durante el ejercicio y la actividad metabólica normal, se pueden utilizar para monitorear el esfuerzo durante el ejercicio físico o para rastrear los niveles de estrés. y centrarse. Estos datos también se pueden utilizar para el diagnóstico de diversas convulsiones, incluidas las epilépticas.

Reportar sus hallazgos en Naturaleza Ingeniería Biomédica, los investigadores explican que los sistemas de detección electrofisiológica en el oído proporcionan "soluciones elegantes para la monitorización discreta del estado cerebral dentro del canal auditivo". El oído está situado cerca del sistema nervioso central, la vasculatura principal y la corteza auditiva, proporcionando acceso a parámetros fisiológicos como el EEG, la frecuencia del pulso y la saturación de oxígeno. También tiene múltiples glándulas sudoríparas exocrinas que permiten el análisis de metabolitos vitales.

El nuevo dispositivo consta de dos tipos de sensores serigrafiados sobre un sustrato de polímero flexible de 150 µm de espesor, que se fija alrededor de los auriculares. Los sensores están diseñados para rastrear las actividades diarias utilizando dos conjuntos principales de características que caracterizan la salud del cerebro y el cuerpo. El sensor electrofisiológico implementa una forma de interfaz cerebro-computadora portátil en el oído para rastrear señales relacionadas con el estado del cerebro, como el EEG y la actividad electrodérmica.

El otro sensor realiza análisis electroquímicos de metabolitos en el oído (en este estudio, el lactato en el sudor). Los sensores electroquímicos están cubiertos con un hidrogel transparente similar a una esponja que actúa como un cojín mecánico entre la piel y los sensores y mejora la recolección del sudor. Tienen un resorte para mantener el contacto con la oreja, pero se ajustan a medida que se mueven los auriculares.

Para determinar la disposición óptima de los sensores, los investigadores inicialmente realizaron un mapeo funcional dentro del canal auditivo. Con base en sus hallazgos, orientaron los electrodos electrofisiológicos hacia el lóbulo temporal que tiene menor secreción de sudor, y los electrodos electroquímicos hacia el lugar con mayor secreción de sudor. Este diseño minimiza la posible interferencia entre los dos sensores, que están separados por sólo 2 mm, y ayuda a aumentar la relación señal-ruido. El equipo también personalizó el contorno de los sensores auditivos integrados para que coincida con el del auricular y uno de los tres tamaños de puntas de silicona genéricas.

Los investigadores validaron la eficacia de sus sensores caracterizando el rendimiento de los electrodos y los patrones de señales cerebrales medidos. También evaluaron la sensibilidad, selectividad y estabilidad a largo plazo de los sensores de lactato, verificaron la mínima interferencia entre sensores y confirmaron la estabilidad mecánica y ambiental de los escáneres integrados.

El equipo también probó los sensores de los auriculares en voluntarios sanos que realizaban ciclismo estacionario vigoroso a un nivel fijo. El dispositivo detectó niveles elevados de lactato en el sudor, así como cambios en la actividad cerebral. La validación de los datos recopilados con los resultados obtenidos con auriculares comerciales de EEG de contacto seco y muestras de sangre que contienen lactato reveló datos comparables de ambos sistemas.

Actualmente, los sensores de lactato requieren que los usuarios realicen ejercicio vigoroso u otras actividades que generen sudor. Sin este ejercicio, no se puede recolectar suficiente lactato para el análisis, explica el investigador co-principal Sheng Xu. Los investigadores planean mejorar el diseño para que no sea necesario el ejercicio para el seguimiento.

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Compañero co-investigador principal Patricio Mercier informa que los planes futuros del equipo también incluyen la creación de un diseño para procesar los datos en los propios auriculares, con el objetivo de transmitir estos datos procesados ​​de forma inalámbrica a una computadora o teléfono inteligente. Los investigadores también esperan que los sensores internos puedan recopilar datos adicionales, como la saturación de oxígeno y los niveles de glucosa.

La investigación también podría conducir a nuevas terapias. "La neurorretroalimentación auditiva que combina las señales cerebrales medidas con el sonido reproducido por el dispositivo en el oído puede permitir nuevos avances terapéuticos potencialmente de gran alcance para la remediación activa de trastornos neurológicos debilitantes como el tinnitus", dice Cauwenberghs.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/earbud-biosensors-provide-continuous-monitoring-of-brain-activity-and-lactate-levels/