تتو الکترونیکی راه‌ حلی برای اندازه‌ گیری امواج مغزی

تتو موقت چاپ‌شده روی پوست سر راهکاری آسان و مناسب برای اندازه‌گیری امواج مغزی است. دانشمندان برای اولین بار جوهری مایع اختراع کرده‌اند که پزشکان می‌توانند آن را مستقیماً روی پوست سر بیمار چاپ کنند تا فعالیت‌های مغزی را اندازه‌گیری کنند.

به گزارش سرویس اخبار علمی رسانه خبری تکنا، این فناوری جایگزینی امیدوارکننده برای فرآیند دشوار و وقت‌گیر کنونی نظارت بر امواج مغزی و تشخیص بیماری‌های عصبی ارائه می‌دهد و پتانسیل بهبود کاربردهای غیرتهاجمی رابط‌های مغز و کامپیوتر را نیز دارد.

دکتر نانشو لو، نویسنده همکار این مقاله از دانشگاه تگزاس در آستین، توضیح داد: «نوآوری‌های ما در طراحی حسگر، جوهر زیست‌سازگار و چاپ با سرعت بالا، مسیر تولید حسگرهای تتو الکترونیکی روی بدن را برای کاربردهای گسترده در حوزه‌های بالینی و فراتر از آن هموار می‌کند.»

راه‌حلی جدید برای چالش‌های EEG

الکتروانسفالوگرافی (EEG) ابزار مهمی برای تشخیص بیماری‌های عصبی مانند تشنج، تومورهای مغزی، صرع و آسیب‌های مغزی است. در روش سنتی EEG، تکنسین‌ها بیش از دوازده نقطه روی پوست سر بیمار را با خط‌کش و مداد علامت‌گذاری کرده و الکترودها را با چسب در آن نقاط نصب می‌کنند. این الکترودها از طریق سیم‌های بلند به دستگاه جمع‌آوری داده متصل می‌شوند تا فعالیت مغزی بیمار ثبت شود. این فرآیند نه تنها زمان‌بر و دست‌وپاگیر است، بلکه برای بسیاری از بیماران ناراحت‌کننده است و ممکن است چندین ساعت طول بکشد.

تتوهای الکترونیکی: نسل جدید حسگرها

تیم دکتر لو در حال پیشبرد توسعه حسگرهای کوچکی است که سیگنال‌های بدن را از سطح پوست انسان ردیابی می‌کنند. این فناوری به نام تتوهای الکترونیکی یا e-tattoos شناخته می‌شود. پیش‌تر، این تتوها روی لایه‌ای نازک از مواد چسبنده چاپ شده و سپس به پوست منتقل می‌شدند، اما این روش تنها روی نواحی بدون مو موثر بود. دکتر لو توضیح داد: «طراحی موادی که با پوست دارای مو سازگار باشند، همواره یک چالش پایدار در فناوری تتو الکترونیکی بوده است.»

برای رفع این مشکل، تیم پژوهشی نوعی جوهر مایع از پلیمرهای رسانا طراحی کرد. این جوهر می‌تواند از میان موها به سطح پوست سر نفوذ کند و پس از خشک شدن، به‌عنوان حسگری نازک عمل کند که فعالیت مغزی را از طریق پوست سر شناسایی می‌کند.

فرآیند چاپ تتوهای مغزی

پژوهشگران با استفاده از الگوریتم کامپیوتری، نقاط دقیق نصب الکترودهای EEG را روی پوست سر بیمار طراحی کردند. سپس با کمک یک چاپگر جوهرافشان دیجیتال، لایه‌ای نازک از جوهر تتو الکترونیکی روی این نقاط چاپ کردند. این فرآیند سریع، بدون تماس و بدون ایجاد ناراحتی برای بیمار انجام می‌شود.

در یک آزمایش، تیم پژوهشی الکترودهای تتو الکترونیکی را روی پوست سر پنج شرکت‌کننده با موی کوتاه چاپ کردند و در کنار آنها الکترودهای سنتی EEG را نیز نصب کردند. نتایج نشان داد که تتوهای الکترونیکی با نویز کم و دقتی مشابه الکترودهای سنتی، امواج مغزی را ثبت می‌کنند.

پایداری بالای تتوهای الکترونیکی

پس از شش ساعت، ژل موجود در الکترودهای سنتی شروع به خشک شدن کرد. بیش از یک‌سوم این الکترودها سیگنال دریافت نکردند و سایر الکترودها نیز به دلیل کاهش تماس با پوست، سیگنال‌های کمتری ثبت کردند. در مقابل، تتوهای الکترونیکی تا ۲۴ ساعت اتصال پایدار و دقیق داشتند.

حذف سیم‌های طولانی EEG

محققان با تغییر فرمول جوهر، خطوط تتویی از محل الکترودها تا پایه سر چاپ کردند تا به جای سیم‌های بلند EEG از آنها استفاده شود. این خطوط سیگنال‌ها را بدون دریافت نویز اضافی انتقال دادند. در ادامه، تیم پژوهشی سیم‌های فیزیکی کوتاهی را بین تتوها و دستگاه جمع‌آوری داده متصل کرد. آنها اعلام کردند که در آینده قصد دارند فرستنده‌های بی‌سیم داده را در این تتوها تعبیه کنند تا فرآیند EEG کاملاً بی‌سیم شود.

انقلابی در فناوری رابط مغز و کامپیوتر

دکتر خوزه میلان، دیگر نویسنده همکار این پژوهش از دانشگاه تگزاس در آستین، گفت: «مطالعه ما می‌تواند روش طراحی دستگاه‌های غیرتهاجمی رابط مغز و کامپیوتر را متحول کند.»
این دستگاه‌ها فعالیت مغزی مرتبط با عملکردهایی مانند گفتار یا حرکت را ثبت کرده و از آنها برای کنترل دستگاه‌های خارجی بدون نیاز به حرکت ماهیچه‌ها استفاده می‌کنند. در حال حاضر، این فناوری معمولاً به هدست‌های بزرگ نیاز دارد که استفاده از آنها دشوار است. تتوهای الکترونیکی این امکان را فراهم می‌کنند که اجزای الکترونیکی مستقیماً روی سر بیمار چاپ شوند و فناوری رابط مغز و کامپیوتر را دسترس‌پذیرتر کنند.