Os resultados desta pesquisa foram apresentados na SC15 conferência internacional em Austin, Texas, EUA, em 15 de Novembro, de 2015.

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Os pesquisadores da Escola de Engenharia de Jacobs e Instituto de Computação Neural da Universidade da Califórnia San Diego detalharam suas descobertas em um artigo da Edição Especial sobre Tecnologias Wearable publicado recentemente no IEEE Transactions on Engenharia Biomédica.

Bioengenheiros e cientistas cognitivos desenvolveram o primeiro sistema portátil de 64 canais wearable atividade cerebral de monitoramento que é comparável a equipamentos state-of-the-art encontrados em laboratórios de pesquisa.

O sistema é um ajuste melhor para aplicações do mundo real, pois é equipado com sensores de EEG secos que são mais fáceis de aplicar do que os sensores de chuva, enquanto continua a fornecer dados de atividade cerebral de alta densidade. O sistema compreende um dry-eletrodo wearable auricular EEG de 64 canais e um conjunto de software sofisticado para interpretação e análise dos dados. Tem uma vasta gama de aplicações, desde a pesquisa, a neuro-feedback, para diagnósticos clínicos.

O objetivo dos pesquisadores é fazer com que EEG fora do ambiente de laboratório, onde é actualmente confinadas por métodos de EEG molhadas. No futuro, os cientistas prevêem um mundo onde os sistemas de neuroimagem trabalhar com sensores móveis e telefones inteligentes para acompanhar estados do cérebro durante todo o dia e aumentar as capacidades do cérebro.

"Isso vai levar neuroimagem para o próximo nível com a implantação em uma escala muito maior", disse Mike Yu Chi, um ex-aluno da Escola Jacobs e CTO da Cognionics que liderou a equipe que desenvolveu o fone de ouvido utilizado no estudo. "Você vai ser capaz de trabalhar nas casas dos sujeitos. Você pode colocar isso em alguém dirigindo."

Os pesquisadores da Escola de Engenharia de Jacobs e Instituto de Computação Neural da Universidade da Califórnia San Diego detalharam suas descobertas em um artigo da Edição Especial sobre Tecnologias Wearable publicado recentemente no IEEE Transactions on Engenharia Biomédica.

 

Eles também prevêem um futuro em que a neuroimagem pode ser usado para trazer novas terapias para doenças neurológicas. "Nós vamos ser capazes de levar o cérebro a fixar os seus próprios problemas", disse Gert Cauwenberghs, professor de bioengenharia na Escola Jacobs e um investigador principal da pesquisa apoiada em parte por um período de cinco anos Emerging Frontiers of Innovation Research Grant do National Science Foundation. "Estamos tentando ficar longe de tecnologias invasivas, como a estimulação cerebral profunda e medicamentos de prescrição e, em vez iniciar um processo de reparação utilizando a plasticidade sináptica do cérebro."

Em 10 anos, usando uma interface cérebro-máquina pode tornar-se tão natural como usar o smartphone é hoje, disse Tim Mullen, um ex-aluno da UC San Diego, agora CEO da Qusp e principal autor do estudo. Mullen, um ex-pesquisador do Centro de Neurociência Computacional Swartz na UC San Diego, liderou a equipe que desenvolveu o software utilizado no estudo com financiamento parcial do Laboratório de Pesquisas do Exército.

Por esta visão de futuro se torne uma realidade, os sensores terão de se tornar não só wearable mas também confortável, e algoritmos de análise de dados terá de ser capaz de cortar através de ruído para extrair dados significativos. O documento, intitulado "Neuroimagem em tempo real e monitoramento de Cognitive Usando Wearable seco EEG", descreve alguns primeiros passos significativos nesse sentido.

OVO headset

O fone de ouvido EEG desenvolvido pela Chi e sua equipe tem uma forma de polvo-like, em que cada braço é elástico, para que ele se encaixa em muitos tipos diferentes de formas cabeça. Os sensores na extremidade de cada braço são projetados para fazer contato ideal com o couro cabeludo, enquanto a adição tão pouco ruído no sinal possível.

Os investigadores passou quatro anos a aperfeiçoar a receita para materiais dos sensores. Os sensores destinados a trabalhar sobre o cabelo de um indivíduo são feitas de uma mistura de prata e carbono depositada sobre um substrato flexível. Este material permite que os sensores de permanecer flexível e durável enquanto ainda realização de sinais de um de alta qualidade revestimento de prata / cloreto de prata é a chave aqui. Os sensores destinados a trabalhar em pele nua são feitas a partir de um hidrogel encerradas no interior de uma membrana condutora. Estes sensores são montados dentro de um pod equipado com um amplificador, o que ajuda a qualidade do sinal impulso enquanto protege os sensores de interferências de equipamentos eléctricos e outros aparelhos eletrônicos.

Os próximos passos incluem a melhoria do desempenho do fone de ouvido enquanto objectos estão se movendo. O dispositivo pode capturar de forma confiável sinais enquanto o sujeito caminha mas menos durante as atividades mais extenuantes, como corrida. Electronics também precisam ser melhoradas para funcionar por períodos de tempo mais longos dias e mesmo semanas em vez de horas.

Software e análise de dados

Os dados que o fone de ouvido capturados foram analisados ​​com o software desenvolvido pela Mullen e Christian Kothe, outro ex-pesquisador do Centro Swartz para Neurociência Computacional e atualmente CTO da Qusp. Em primeiro lugar, os sinais do cérebro necessárias ao ser separado do ruído nos dados de EEG. As pequenas correntes elétricas provenientes do cérebro são frequentemente contaminado por artefatos alta amplitude gerados quando os indivíduos se mover, falar ou sequer piscar. Os investigadores concebido um algoritmo que separa os dados de EEG em tempo real em diferentes componentes, que são estatisticamente independentes um do outro. Em seguida, ele comparou esses elementos com dados limpos obtido, por exemplo, quando um assunto está em repouso. Dados anormais foram rotulados como ruído e descartados. "O algoritmo tenta remover o máximo de barulho possível, preservando o máximo do sinal do cérebro que possível", disse Mullen.

Mas a análise não parou por aí. Os pesquisadores utilizaram informações sobre a anatomia conhecida do cérebro e os dados que recolheu para descobrir onde os sinais vêm de dentro do cérebro. Eles também foram capazes de acompanhar, em tempo real, como os sinais de diferentes áreas do cérebro interagem uns com os outros, a construção de uma constante mudança mapa de rede de atividade cerebral. Eles então usaram a aprendizagem de máquina para se conectar padrões de rede específicos na atividade cerebral à cognição e comportamento.

"Um Holy Grail no nosso campo é para acompanhar as mudanças significativas em redes cerebrais distribuídos na" velocidade do pensamento '", disse Mullen. "Estamos mais perto desse objetivo, mas não estamos lá ainda."

Start-ups

Ambos Chi e Mullen criaram start-ups focadas na comercialização da tecnologia cérebro, incluindo alguns componentes existentes neste estudo. A empresa de Chi, Cognionics, vende o fone de ouvido para grupos de pesquisa. O dispositivo também é popular entre os especialistas em neuro-feedback, que mapeiam o cérebro para influenciar o comportamento mais tarde. O objetivo final é fazer com que o fone de ouvido para a clínica para ajudar a diagnosticar uma série de condições, tais como derrames e convulsões.

Start-up de Mullen, Qusp, desenvolveu NeuroScale, uma plataforma de software baseada em nuvem que fornece interpretação contínua em tempo real dos sinais do cérebro e do corpo através de uma interface de programação de aplicativo da Internet. O objetivo é permitir interface cérebro-computador e métodos de processamento de sinal avançadas para ser facilmente integrado com várias aplicações diárias e dispositivos portáteis.

Sob financiamento conjunto DARPA, Cognionics é a criação de um sistema de EEG melhorado, enquanto Qusp está a desenvolver um ambiente de software gráfica fácil de usar para o projeto e aplicação rápida das condutas de análise de sinais do cérebro.

"Estes esforços empresariais são essenciais para o sucesso da escola de Jacobs e do Instituto de Computação Neural para ajudar a levar neurotechnology do laboratório para utilizações práticas em aplicações cognitivos e clínicos", disse Cauwenberghs, que é co-fundador da Cognionics e serve na sua Conselho Consultivo Científico

 

 

 

 

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