Riepilogo: I ricercatori della UC Berkeley hanno sviluppato auricolari intelligenti in grado di rilevare l'attività cerebrale collegata alla sonnolenza, prevenendo potenzialmente incidenti sul lavoro tra conducenti e operatori di macchine. Questi auricolari funzionano in modo simile a un EEG, utilizzando elettrodi integrati per monitorare le onde cerebrali, in particolare le onde alfa associate al rilassamento e all'inizio del sonno. Lo studio ha dimostrato l'efficacia degli auricolari nell'identificare la sonnolenza e suggerisce il loro potenziale più ampio per la diagnosi di disturbi del sonno e altre applicazioni.
Punti chiave:
- Rilevamento innovativo: Gli auricolari intelligenti sviluppati presso l'Università della California a Berkeley sono in grado di rilevare la sonnolenza monitorando le onde cerebrali, funzionando come un EEG.
- Sicurezza sul lavoro: La tecnologia mira a prevenire gli incidenti avvisando i conducenti e gli operatori dei macchinari dei primi segnali di sonnolenza.
- Applicazioni più ampie: Oltre a rilevare la sonnolenza, gli auricolari sembrano avere il potenziale per diagnosticare i disturbi del sonno e monitorare altri segnali fisiologici, come i battiti cardiaci e i movimenti oculari.
Capita a tutti di avere sonno al lavoro di tanto in tanto, ma per chi guida o lavora con macchinari pesanti, la sonnolenza può essere estremamente pericolosa, se non addirittura mortale.
Guida assonnata contribuisce a centinaia di incidenti stradali mortali negli Stati Uniti ogni anno, e il National Safety Council ha citato la sonnolenza come un pericolo critico nell'edilizia e nell'attività mineraria.
Per proteggere i conducenti e gli operatori di macchinari dai pericoli derivanti dalla sonnolenza, gli ingegneri dell'Università della California, Berkeley, hanno creato un prototipo di auricolari in grado di rilevare i segnali di sonnolenza nel cervello.
Rilevamento delle onde cerebrali
Gli auricolari rilevano le onde cerebrali allo stesso modo di un elettroencefalogramma (EEG). Mentre la maggior parte degli EEG rileva le onde cerebrali utilizzando una serie di elettrodi attaccati alla testa, gli auricolari lo fanno utilizzando elettrodi integrati progettati per entrare in contatto con il condotto uditivo.
I segnali elettrici rilevati dagli auricolari sono più piccoli di quelli captati da un EEG tradizionale. Tuttavia, in un nuovo studio pubblicato nel , i ricercatori dimostrano che la loro piattaforma Ear EEG è sufficientemente sensibile da rilevare le onde alfa, un modello di attività cerebrale che aumenta quando si chiudono gli occhi o si inizia ad addormentarsi.
“Mi sono sentito ispirato quando ho acquistato il mio primo paio di AirPods di Apple nel 2017. Ho pensato subito: 'Che piattaforma incredibile per la registrazione neurale'”, afferma l'autore senior dello studio Rikky MullerPhD, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso l'UC Berkeley, in un comunicato. “Riteniamo che questa tecnologia abbia molti potenziali utilizzi e che la classificazione della sonnolenza sia un buon indicatore del fatto che la tecnologia può essere utilizzata per classificare il sonno e persino diagnosticare i disturbi del sonno”.
Sfide e soluzioni pratiche
L'uso di un auricolare come elettrodo EEG pone una serie di sfide pratiche. Per ottenere un EEG accurato, gli elettrodi devono avere un buon contatto con la pelle. Ciò è relativamente facile da ottenere negli EEG tradizionali, che utilizzano elettrodi metallici piatti attaccati al cuoio capelluto. Tuttavia, è molto più complicato progettare un auricolare che si adatti perfettamente, e comodamente, a un'ampia varietà di dimensioni e forme di orecchie.
Quando il team di Muller ha iniziato a lavorare al progetto, altri gruppi che sviluppavano piattaforme Ear EEG utilizzavano gel per elettrodi umidi per garantire una buona tenuta tra l'auricolare e il condotto uditivo o creavano auricolari personalizzati per ogni singolo utente. Lei e il suo team volevano progettare un modello asciutto e generico per l'utente in modo che chiunque potesse inserirlo nelle orecchie e ottenere letture affidabili.
Progettazione e test
“Il mio obiettivo personale era quello di provare a realizzare un dispositivo che potesse essere utilizzato ogni giorno da qualcuno che ne avrebbe realmente tratto beneficio”, afferma Ryan KavehPhD, un borsista post-dottorato dell'UC Berkeley e co-primo autore dello studio, in un comunicato. “Per fare ciò, sapevo che avrebbe dovuto essere riutilizzabile, adatto a una varietà di persone e (essere) facile da produrre”.
Kaveh ha co-diretto lo studio per progettare l'auricolare finale in tre misure: piccola, media e grande. L'auricolare incorpora più elettrodi in un design a sbalzo che applica una delicata pressione verso l'esterno al canale uditivo e utilizza componenti elettronici flessibili per garantire una vestibilità confortevole. I segnali vengono letti tramite un'interfaccia elettronica wireless personalizzata a basso consumo.
In un articolo del 2020i ricercatori hanno dimostrato che questi auricolari possono rilevare una serie di segnali fisiologici, tra cui ammiccamenti, onde cerebrali alfa e la risposta uditiva in stato stazionario, che è la risposta del cervello all'ascolto di un tono costante. Nel nuovo studio, hanno migliorato il design dell'auricolare e hanno incorporato l'apprendimento automatico per dimostrare come gli auricolari potrebbero essere utilizzati in un'applicazione nel mondo reale.
Risultati degli esperimenti e applicazioni future
Come parte dell'esperimento, hanno chiesto a nove volontari di indossare gli auricolari mentre svolgevano una serie di compiti noiosi in una stanza buia. Ogni tanto, ai volontari è stato chiesto di valutare il loro livello di sonnolenza e sono stati misurati i loro tempi di risposta.
“Abbiamo scoperto che anche quando la qualità del segnale dagli auricolari sembrava peggiore, potevamo comunque classificare l'insorgenza della sonnolenza con lo stesso livello di accuratezza di sistemi molto più complicati e ingombranti”, afferma Kaveh in un comunicato. Gli auricolari mantengono inoltre la loro accuratezza quando categorizzano la sonnolenza nei nuovi utenti, una caratteristica dei dispositivi che potrebbero funzionare “out of the box”.
Muller, che ha sviluppato l'Ear EEG con il supporto dell' Compagnia Bakar e il Premio Bakarsta continuando a perfezionare il design e ad esplorare altre potenziali applicazioni del dispositivo, che può anche registrare segnali oltre all'EEG, come battiti cardiaci, movimenti oculari e serramenti della mascella.
“Gli auricolari wireless sono qualcosa che indossiamo già tutto il tempo”, afferma Muller in un comunicato. “Ecco cosa rende Ear EEG un approccio così convincente ai dispositivi indossabili. Non richiede nulla di più”.
