Сонливость за рулем способствует сотням смертельных автомобильных аварий, сонливость называют критической опасностью в строительстве и горной промышленности. Исследователи Калифорнийского университета в Беркли создали наушники, которые могут обнаруживать признаки сонливости в мозге. Платформа Ear EEG достаточно чувствительна, чтобы обнаруживать альфа-волны, модель усиливающейся мозговой активности, когда вы закрываете глаза или начинаете засыпать.
Наушники обнаруживают мозговые волны так же, как электроэнцефалограмма (ЭЭГ), тест, используемый врачами для измерения электрической активности в мозге. В то время как большинство ЭЭГ обнаруживают мозговые волны с помощью электродов, прикрепленных к голове, наушники делают это с помощью встроенных электродов, предназначенных для контакта со слуховым проходом.
Электрические сигналы, обнаруживающие ушные вкладыши, меньше сигналов, фиксируемых традиционной ЭЭГ. Однако в новом исследовании исследователи показали, что их платформа Ear EEG достаточно чувствительна, чтобы обнаруживать альфа-волны, усиливающуюся модель мозговой активности, когда вы закрываете глаза или начинаете засыпать.
«Меня вдохновило, когда я купил свою первую пару AirPods от Apple в 2017 году. Я сразу подумал: «Какая удивительная платформа для нейронных записей», — сказал старший автор исследования Рикки Мюллер, доцент кафедры электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли. . «Мы считаем, что у этой технологии много потенциальных применений, и что классификация сонливости является хорошим показателем того, что технологию можно использовать для классификации сна и даже диагностики расстройств сна».
Использование наушника в качестве электрода ЭЭГ создает ряд практических проблем. Чтобы получить точную ЭЭГ, электроды должны хорошо контактировать с кожей. Это относительно легко достичь в традиционных ЭЭГ, которые используют плоские металлические электроды, прикрепленные к коже головы. Однако гораздо сложнее разработать наушник, который будет плотно и удобно прилегать к ушам разных размеров и форм.
Когда команда Мюллера начала работу над проектом, другие группы, разрабатывавшие платформы Ear EEG, либо использовали гели с влажными электродами, чтобы обеспечить хорошую герметичность между наушником и ушным каналом, либо создавали индивидуальные наушники для каждого отдельного пользователя. Она и ее команда хотели разработать модель, которая была бы сухой и общей для пользователя, чтобы кто-либо мог вставить их в уши и получить надежные показания.
«Моя личная цель заключалась в том, чтобы попытаться создать устройство, которое могло бы использовать каждый день кто-то, кто действительно получил бы от этого пользу», — сказал Райан Каве, докторант Калифорнийского университета в Беркли и один из авторов исследования. «Чтобы сделать это, я знал, что он должен быть многократным, соответствовать разным людям и быть простым в изготовлении».
Каве руководил исследованием вместе с аспиранткой Кэролин Швендеман и сотрудничал с лабораторией Анны Ариас в Калифорнийском университете в Беркли, чтобы разработать окончательный наушник трех размеров: малый, средний и большой.
Наушник содержит несколько электродов в консольной конструкции, которые дают мягкое наружное давление на слуховой проход и используют гибкую электронику для обеспечения удобного прилегания. Сигналы считываются через специальный, маломощный беспроводной электронный интерфейс.
Исследователи показали, что эти наушники могут обнаруживать ряд физиологических сигналов, включая моргание глазами, альфа-волны мозга и слуховую реакцию в стационарном состоянии, являющуюся реакцией мозга на постоянное чувство звука. Они усовершенствовали дизайн наушников и включили машинное обучение, чтобы продемонстрировать, как можно использовать наушники в реальных программах.
В рамках эксперимента они попросили девять добровольцев носить наушники при выполнении серии скучных задач в затемненной комнате. Время от времени добровольцев просили оценить уровень сонливости и измеряли время ответа.
«Мы обнаружили, что даже когда качество сигнала от наушников кажется хуже, мы все равно можем классифицировать начало сонливости с таким же уровнем точности, как и гораздо более сложные, громоздкие системы», — сказал Каве. Наушники также сохраняют свою точность при классификации сонливости у новых пользователей, что является характеристикой устройств, которые могут работать из коробки.
«Беспроводные наушники – это то, что мы уже носим все время», – сказал Мюллер. «Это то, что делает ЭЭГ на ухе таким убедительным подходом к носителям. Для этого не нужно ничего дополнительного».
