Персонализированная электронная татуировка на лице, которая работает по принципу ЭЭГ, отслеживая активность мозга. Её ключевая особенность в способности определить, когда орган перегружен, а работа неэффективна. Устройство, которое собирает данные также использует их для прогнозирования умственной перегрузки. Смысл нанесения такой татуировки в том, чтобы гибко настраиваться на золотую середину в своей производительности.

Работа мозга, электронная татуировка и продуктивность

Авиадиспетчеры, пилоты, работники здравоохранения, водители грузовиков, полицейские и спасатели, а также военные. Это лишь некоторые из профессий, которые требуют от человека полной концентрации в любое время, иначе есть риск катастрофических, потенциально фатальных последствий.

Исследователи Техасского университета в Остине (UT Austin) могут снизить потенциальные риски этих профессий благодаря своей новой технологии [1]. Их электронная татуировка на лице, или e-tattoo считывает мозговые волны и не только определяет момент выгорания серого вещества, но и эффективно предсказывает приближение истощения.

Технологии развиваются быстрее эволюции человека. Существует оптимальная умственная нагрузка для оптимальной производительности, которая отличается от человека к человеку.

Соавтор исследования, профессор Наньшу Лу, ​​доктор философии, ныне заведующий кафедрой инженерии имени Кэрол Кокрелл Карран в Техасском университете в Остине.

Состояние потока и работа мозга

По словам исследователей, суть в том, чтобы найти «когнитивную зону Златовласки». Эдакую золотую середину между перегруженностью и скукой. Поэтому ученые сосредоточились на разработке беспроводного способа измерения и анализа электрической активности мозга без электроэнцефалографического (ЭЭГ) устройства, которое требует десятков громоздких проводных электродов, обычно прикрепленных к шапочке.

Удивительно, что эти шапочки, хоть и имеют больше датчиков для разных областей мозга, никогда не получают идеальный сигнал, потому что форма головы у всех разная. Мы измеряем черты лица участников, чтобы изготовить персонализированные электронные татуировки, чтобы гарантировать, что датчики всегда находятся в правильном месте и принимают сигналы.

Соавтор исследования, профессор Наньшу Лу, ​​доктор философии, ныне заведующий кафедрой инженерии имени Кэрол Кокрелл Карран в Техасском университете в Остине. 

Одноразовый беспроводной электрод электронной татуировки охватывает лоб и простирается вниз до скул с каждой стороны лица. Заземленная электронная татуировка прикреплена за одним ухом. Устройство регистрирует четыре канала ЭЭГ на лбу и два канала электроокулографии (ЭОГ), которая отслеживает движения глаз.

Интересно, что 5 лет назад, в 2020-том году писал статью о том, что потенциал ЭЭГ действительно открывает путь в беспроводным нейропротезам и имплантам для мозга [2].

Процесс исследования мозга и функциональные татуировки

Ученые протестировали свою электронную татуировку на шести участниках, пока те выполняли двойное задание N-back, когнитивное упражнение, в котором измеряется рабочая память и подвижность интеллекта.

Во время задания N-back потоки слуховых и зрительных стимулов подаются одновременно, и участников просят отслеживать оба потока и указывать, когда текущий стимул (слуховой или зрительный) совпадает с тем, который был предъявлен на N шагов раньше. Чем больше шагов должен держать в памяти участник исследования, тем сложнее задача.

Исследователи проанализировали сигналы, собранные у каждого испытуемого, которые включали мощность дельта-, тета-, альфа-, бета- и гамма-диапазонов ЭЭГ. «Мощность диапазона ЭЭГ» относится к силе или интенсивности мозговых волн в этих конкретных частотных диапазонах. Ученые обнаружили, что по мере увеличения умственной нагрузки (N) мощность дельта- и тета-диапазонов участников увеличивалась, что сигнализировало об увеличении когнитивной нагрузки, в то время как мощность альфа-, бета- и гамма-диапазонов уменьшалась, что указывало на умственную усталость.

Волны мозга на ЭЭГ

Дельта-волны (1–4 Гц). Самые медленные мозговые волны, обычно связанные с глубоким сном. Когда вы находитесь в состоянии глубокой релаксации или в бессознательном состоянии, ваш мозг создает больше дельта-волн.

Тета-волны (4–8 Гц). Тета-волны связаны с легким сном, сонливостью и глубокой релаксацией. Они также появляются во время медитативных состояний и часто коррелируют с творчеством, интуицией и эмоциональной обработкой.

Альфа-волны (8–12 Гц). Альфа-волны связаны со спокойным, расслабленным, но бдительным состоянием. Их часто наблюдают во время медитации, мечтаний или когда человек закрывает глаза, но все еще осознает свое окружение.

Бета-волны (12–30 Гц). Связанные с активным мышлением, сосредоточенностью и решением проблем. Бета-волны доминируют, когда вы бодрствуете и концентрируетесь на задаче, принимаете решения или занимаетесь активной умственной работой.

Гамма-волны (30–100 Гц). Самые быстрые мозговые волны, гамма-волны, связаны с когнитивными функциями более высокого уровня, такими как обучение, память и обработка информации.

Электронная татуировка и считывание работы мозга

Электронная татуировка не только определяла моменты, когда мозг перегружен, но и могла предсказать, когда это может произойти. Используя модель машинного обучения, исследователи продемонстрировали, что данные ЭЭГ и ЭОГ, собранные устройством, дают достаточно информации для оценки умственной нагрузки. А результаты по двойной задаче N-back служили своего рода «точкой отсчета» для каждого участника исследования.

Несмотря на свои возможности, одноразовая электронная татуировка на лице на удивление доступна. В зависимости от того, насколько глубоко вы хотите погрузиться в дебри сознания, традиционная ЭЭГ-машина может обойтись в сумму от 20 000 до 150 000 долларов США. Однао уже сейчас есть доступные для потребителей нейрогарнитуры. Впрочем, электронная одноразовая татуировка будет стоить менее 20 долларов, а стоимость компьютерных чипов и батареи впишется в бюджет в 200 долларов.

Благодаря низкой стоимости устройство становится доступным. Одно из моих желаний — превратить электронную татуировку в продукт, который мы можем носить дома.

Автор-корреспондент исследования, Луис Сентис, доктор философии, профессор кафедры аэрокосмической техники и инженерной механики Техасского университета в Остине.

Перспективы развития функциональных татуировок

В настоящее время исследователи работают над способами, которые позволят сделать электронную татуировку эффективной на тех частях тела, где есть волосы. Возможность разместить устройство на голове человека позволит проводить более полный мониторинг мозга.

Человечество давно следит за физическим здоровьем работников, отслеживая и пресекая травмы и мышечное напряжение. Теперь у нас есть возможность отслеживать умственное напряжение, которое раньше выпадало из зоны внимания. Это может кардинально изменить то, как организации обеспечивают общее благополучие своих сотрудников.

Автор-корреспондент исследования, Луис Сентис, доктор философии, профессор кафедры аэрокосмической техники и инженерной механики Техасского университета в Остине.

Что ж, это уже похоже чем-то на будущее трансгуманизма с элементами датаизма, которое лично мне хочется видеть в развитии человечества. Больше статей и материалов о мозге, технологиях и перспективах их развития читайте в материалах канала Neural Hack. Подписывайтесь, чтобы не пропустить свежие статьи!

Список научных источников

1. https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(25)00094-8

2. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aay2789