Eine neue wearable-Technologie bewegt Gehirn-monitoring aus dem Labor in die Reale Welt

Vorstellen, wenn ein Trainer wissen konnte, welche Momente des Wettbewerbs ein bestimmter Spieler könnte peak, oder wenn ein LKW-Fahrer hatte die objektiven Daten sagt ihm sein Körper und Geist waren zu müde für die Weiterfahrt.

Traditionell Messen die Aufmerksamkeit oder geistige Erschöpfung erfordert eine Unterbrechung eines natürlichen moment zu intervenieren, in einer künstlichen Kulisse. Aber Penn Neurowissenschaftler Michael Platt und postdoc Arjun Ramakrishnan Basis geschaffen haben, ein tool zu verwenden, außerhalb des Labors, ein wearable-Technologie, überwacht die Aktivität des Gehirns und der sendet wieder Daten ohne Berme ein Spieler oder fragt ein trucker zu ziehen.

Die Plattform ist wie ein Fitbit für das Gehirn, mit einer Reihe von Silizium-und Silber-Nanodraht-sensoren eingebettet in einer Kopfbedeckung wie Stirnband, Helm oder Mütze. Das Gerät, ein tragbares Elektroenzephalogramm (EEG), ist absichtlich unauffällig zu erlauben für erweiterte Verschleiß, und auf das backend, leistungsfähige algorithmen entschlüsseln das Gehirn Signale, die die sensoren sammeln. Obwohl es immer noch in den frühen Stadien, die Technologie hat das Potenzial, Anwendungen aus der Gesundheitsvorsorge zur sportlichen Leistung und customer engagement.

Bau eines funktionierenden Prototypen

„Das alles entstand aus unserem Wunsch, als Gruppe—und meine überzeugung—um den Neurowissenschaften, die aus dem Labor in die Hände von Menschen, die es nutzen können, um Ihr volles Potenzial auszuschöpfen“, sagt Platt, der eine Penn Integriert Wissen Professor mit Verabredungen in der Schule der Künste und Wissenschaften, Perelman School of Medicine, und der Wharton School. „Wir naiv dachten, wir können nur profitieren von aktuellen Markt-Lösungen bereit, die dort waren.“

Aber je mehr Optionen, die das team getestet, desto offensichtlicher wurde es, dass nichts war Recht, was Sie wollte. Den meisten fehlte die hohe Qualität der sensoren insgesamt hatten oder sensoren, deren Qualität sank schnell, sobald sich der Träger bewegt. Anfang 2017, beschlossen Sie, bauen Ihre eigenen tragbaren EEG, immer ein Schub von einem National Science Foundation finanzierten seed grant zugeteilt Penn ‚ s Singh Center for Nanotechnology.

„Wir kämpften für sechs oder sieben Monate, um einen funktionierenden sensor“, sagt Ramakrishnan Basis, die Teil des Platt Labs für drei Jahre. „Wir hatten endlich unser Erster funktionierender Prototyp im Dezember 2017.“

Die erfolgreichen version wurde im Teil durch die Forschung Ingenieur Naz Belkaya, wurde aus einer Kombination von Silber-und eine Silizium-wie material namens Polydimethylsiloxan (PDMS). Silber ist flexibel, sensibel und berührbar; PDMS ist dehnbar und man kann Sie verbiegen, die ähnliche Eigenschaften wie die Haut. Die Platzierung der PDMS-auf der Oberseite des Silber-Nanodrähte das Produkt im wesentlichen antimikrobiell und verhindert die Notwendigkeit der Verwendung von gel, um halten Sie es auf die Haut. Dies bedeutete die sensoren könnten bequem bleiben an Ort und Stelle für lange Zeiträume.

Mit dem, was Sie fühlte, war eine starke sensor-Technologie in der hand, Platt und Ramakrishnan Basis begann ein Gespräch mit PCI-Ventures, einem Zweig der Penn Center für Innovation richtet sich an Führung Fakultät durch den Prozess der Gründung eines Unternehmens. Das licensing-team bei PCI half Ihnen-Datei eine vorläufige patent für das Produkt (ursprünglich genannt NanoNeuroScope), und Cogwear, LLC, geboren im Mai 2018. Anfang 2019, stellte das Unternehmen einen CEO, Patrick Holz, mit dem Ziel, herauszufinden, wie Sie scale-up der Produktion und die Richtung Zielen erste.

„Es gibt eine riesige Anzahl von möglichen Anwendungen,“ sagt Wood. „Das ist wirklich ein wunderbarer Ausgangspunkt für ein Unternehmen. Wir haben eine große Dynamik.“

Sport-performance-und-engagement

Platt und Kollegen haben bereits Schritte unternommen, die Prüfung Ihrer EEG-Technologie in der Sport arena. Im Frühjahr 2019, ein team unter der Leitung von Platt Labs postdoc-Scott Rennie arbeitete mit Penn Ruder study group Chemie, Vertrauen, Kommunikation und Gehirn synchron—entscheidend für eine Tätigkeit, die Scharniere auf der koordinierten Bewegung.

In einer Turnhalle, die Forscher setzten die sensoren auf die Athleten, die dann analysiert Sie Rudern auf einzelne, zufällig ausgewählte Rechner; neben Teamkollegen, sondern auf nicht verknüpften Maschinen; und auf den verlinkten Maschinen. EEG und Herzfrequenz-Messungen zeigten, dass die physiologische Synchronisation war erwartungsgemäß am höchsten, wenn Teamkollegen rangiert auf befestigten Maschinen und fast so hoch, wenn Sie trainiert neben einander untethered.

Rudern ist nicht die einzige Sportart, für die Gehirn-Daten nützlich sein können. In diesem Sommer arbeiteten die Wissenschaftler mit einem Profi-Fußball-team im Vereinigten Königreich zu bewerten, die der Spieler sich während der Trainingsübungen, die Anfälligkeit für stress unter Druck, und die Fähigkeit, vorauszusagen und überlisten der Gegner. Eine bevorstehende Studie mit Penn Ringen Messen die Müdigkeit Einfluss auf die neuronalen Signale, die zugrunde liegenden Entscheidungen und die Kommunikation zwischen Ringer und Trainer. Holz sieht starkes Potenzial für einen zahlen-driven sport wie baseball.

„Du hast alle Spieler, die die vorherigen Statistiken, Gewichts -, Maß -, alle Arten von Metriken, aber Sie müssen möglicherweise zusätzliche Daten zeigen darüber, wie geistig fit Sie sind, zu widerstehen dem Druck Stand an der Platte über den ball zu schlagen,“ sagt Wood. „Sie müssen mehr wissen über jeden Spieler, bevor Sie starten Sie den Vergleich.“

Darüber hinaus Sport -, Platt-und team-Tests, die die Möglichkeiten der Technologie, um zu bestimmen, engagement in der Gruppe Aktivitäten wie ein haunted house, Eastern State Penitentiary oder eine business-Konferenz an, die eine enterprise-Lösung für Unternehmen wie die SAP. „Wir haben eine kurze pilot-Studie in Las Vegas Messung der Hirnaktivität und Herzfrequenz für die Menschen zu Fuß durch ein SAP-Messe“ Platt sagt. „Wir fanden, dass die Herzfrequenz nicht unterschiedlich bei allen; Sie bewegt sich nicht. Aber Maßnahmen des Engagements von EEG-Daten zeigte wirklich interessante Höhen und tiefen. Für die meisten Leute waren nicht sehr engagiert, brain-wise, außer, wenn im Gespräch mit anderen Menschen.“

Im Mai dieses Jahres führten die Forscher eine größere Studie mit SAP. Für eine Fokus-Gruppe die Teilnahme an einer Konferenz, Platt ‚ s team fand heraus, dass Gehirn-Daten geholfen, vorauszusagen, welche Stände und Aktivitäten, die Menschen besuchen würden. Ähnlich wie bei den Piloten, soziale Interaktionen schien zu maximieren engagement.

„Der aktuelle gold-standard ist E-Mail die Teilnehmer einer Befragung nach der Konferenz, der ist ein armer engagement“, erklärt er. „Wir haben bereits spannende Ergebnisse, die der sozialen Interaktionen bewegen Sie die Nadel mehr als nonsocial sind und dass wir es können, vielleicht machen anderen Vorhersagen basierend auf der Aktivität des Gehirns.“

Eine Zukunft, in Gesundheit, Pflege und darüber hinaus

Die Linie nach unten, Platt und Ramakrishnan Basis sagen Sie konnte sehen, wie die health care-Industrie mit dieser Technologie, sowohl für körperliche Anwendungen wie in-home-anfallsaufzeichnung für Kinder und für die psychische Gesundheit zu beobachten, für änderungen in den Zustand des Geistes, die zeigen könnten, Angst oder depression, zum Beispiel.

„Über 40% der college-Studenten gehen, sind ängstlich oder depressiv in den USA Dies ist eine erstaunliche Zahl,“ sagt Ramakrishnan Basis. Die Herausforderung ist, dass die Menschen nicht oft selbst bewusst über Ihre eigene psychische Gesundheit situation, fügt er hinzu. Unterstützt durch ein Gehirn & Verhalten Research Foundation grant, der Platt Labs-team arbeitet an einer take-home-kit, das umfasst Spiele und die portable EEG, das könnte Objektiv verfolgen mehrere Tage einer person, die emotionalen Höhen und tiefen. Eine bereits abgeschlossen lab-Komponente zeigten, dass Platt das team identifizieren konnte Teilnehmer Ebenen der Angst, die mit rund 84% Genauigkeit mit neuartigen algorithmen, die kombinierte EEG-basierte Funktionen mit Herzfrequenzvariabilität und Hautleitfähigkeit.

„Das ist die Richtung, in die Gesundheitsversorgung wird in der Regel“, sagt Ramakrishnan Basis. „Es gibt eine Menge von Versprechen, für diese Art von Ansatz.“

Alle Technologie-Anwendungen das Forschungs-team hat bisher getestet haben, konzentrieren sich auf groß angelegte institutionelle Verwendung nutzen. Aber letztendlich wird jede einzelne könnte in der Lage sein zu kaufen, eine EEG-product-zentriert auf dem sensor-Technologie, die eine Ergänzung für das ökosystem der individuelle Daten-Sammlung-tools wie smartwatches und Schlaf-monitoring-apps, die bereits auf dem Markt.