Исследователи разработали временную электронную татуировку, которая расшифровывает мозговые волны для измерения умственного напряжения и предотвращения «выгорания».
Устройство, работающее от небольшой батареи и оснащенное сверхтонкими беспроводными датчиками, повторяет контуры лица и адаптируется к коже каждого человека. Эта технология может повысить безопасность в условиях высокой когнитивной нагрузки, например, в авиадиспетчерской службе или хирургии.
Умственная нагрузка обычно определяется как уровень задействования рабочей памяти и когнитивных функций человека при выполнении задачи. Она тесно связана с такими факторами, как внимание или состояние бодрствования, которые могут влиять на производительность.
Многочисленные исследования показали, что умеренный уровень умственной нагрузки является оптимальным для поддержания внимания и, следовательно, эффективности. Напротив, слишком низкая нагрузка приводит к быстрой потере вовлеченности, а чрезмерная — к потере контроля. В обоих случаях риск ошибок возрастает.
Таким образом, существует оптимальное когнитивное окно, в котором человек работает на пике своих возможностей. Поддержание этого баланса особенно важно в профессиях, требующих бдительности и точности, где когнитивный спад может угрожать безопасности людей или приводить к значительным материальным потерям. Речь идет, например, о водителях, пилотах, авиадиспетчерах, операторах робототехники, хирургах и т. д.
Когда умственную усталость можно измерить
Хотя связь между умственной нагрузкой и производительностью хорошо изучена, ее измерение остается сложной задачей. Это «когнитивное окно» трудно определить, так как оно варьируется от человека к человеку.
«Существует оптимальный уровень умственной нагрузки для максимальной производительности, и он индивидуален», — поясняет исследователь Наньшу Лу из Департамента аэрокосмической техники и машиностроения Техасского университета в своем заявлении.
На умственную нагрузку влияют различные факторы: характер и сложность задачи, условия выполнения, навыки человека, а также его уровень усталости. Самый распространенный на сегодня инструмент оценки — NASA Task Load Index — основан на субъективном самоанализе после выполнения задачи.
Чтобы преодолеть эти ограничения, Наньшу Лу и ее команда предложили более точный и объективный метод измерения. Их электронная татуировка («e-tattoo») анализирует электрическую активность мозга (электроэнцефалография, ЭЭГ) и движения глаз (электроокулография, ЭОГ) с помощью компактного и недорогого устройства.
«Мы всегда отслеживали физическое здоровье сотрудников, включая травмы и опорно-двигательные нарушения, — говорит Луис Сентис, соавтор исследования. — Теперь мы можем наблюдать за умственным напряжением, которое до сих пор оставалось вне поля зрения. Это может изменить подход к профилактике профессиональных рисков».
Незаметный и эффективный датчик
В отличие от традиционных ЭЭГ-гарнитур, которые часто громоздкие и опутаны проводами, e-tattoo работает беспроводным способом и питается от небольшой батареи. Его сверхтонкие гибкие датчики с волнистой структурой могут растягиваться, повторя изгибы лица, что обеспечивает комфорт и точность.
Черты лица измеряются для оптимального размещения датчиков, что значительно улучшает качество сигнала. В то время как стандартные устройства плохо адаптируются к анатомическим особенностям черепа, e-tattoo обеспечивает надежный контакт и высокую эффективность.
Эффективность этой татуировки была проверена на шести здоровых участниках, выполнявших упражнение на память с возрастающей сложностью. По мере увеличения умственной нагрузки исследователи наблюдали рост тета- и дельта-волн, что указывает на усиление когнитивной вовлеченности. В то же время альфа- и бета-волны снижались, что может свидетельствовать о умственной усталости. Хотя связь между типами волн и когнитивными состояниями может различаться в зависимости от исследований, эти результаты позволяют предположить, что устройство способно фиксировать значительные изменения в мозговой активности.
Помимо обнаружения усталости, электронная татуировка также может помочь предотвратить умственное истощение. Исследователи обучили алгоритм искусственного интеллекта предсказывать уровень умственного напряжения на основе собранных сигналов. Согласно результатам, опубликованным в журнале Device, эта модель смогла различить разные уровни когнитивной нагрузки и предупредить о ситуациях, когда человек рискует столкнуться с выгоранием.
Инструмент мониторинга, доступный каждому?
Еще одно преимущество устройства — его невысокая стоимость. «Цена делает его доступным. Я хочу создать продукт, который можно будет использовать дома», — заявляет Луис Сентис. Электронные компоненты, включая чип и батарею, обходятся примерно в 200 долларов, а каждый одноразовый датчик стоит около 20 долларов. Для сравнения: стандартное устройство ЭЭГ может превышать 15 000 долларов.
Однако остается одно ограничение: пока татуировка работает только на гладкой коже. Исследователи планируют решить эту проблему, разработав датчики с проводящими чернилами, подходящими для кожи головы, чтобы обеспечить более полный охват мозговых сигналов.
Комментарии (1)