Ухо-ЭЭГ
Ухо-ЭЭГ | |
---|---|
Цель | измерять динамику мозговой активности |
Ушная ЭЭГ — это метод измерения динамики активности мозга посредством мельчайших изменений напряжения, наблюдаемых на коже, обычно путем размещения электродов на коже головы. При ушной ЭЭГ электроды размещаются исключительно внутри или вокруг наружного уха, что приводит к гораздо большей невидимости и мобильности пользователя по сравнению с полной электроэнцефалографией головы (ЭЭГ), но также значительно снижает амплитуду сигнала, а также уменьшает количество областей мозга, активность которых можно измерить. В общих чертах их можно разделить на две группы: те, которые используют расположение электродов исключительно внутри раковины и ушного прохода, и те, которые также размещают электроды близко к уху, обычно спрятанные за мочкой уха. Вообще говоря, первый тип будет самым невидимым, но также будет предлагать самый сложный (шумный) сигнал. Ушная ЭЭГ — хороший кандидат для включения в слышащее устройство, однако из-за высокой сложности ушных ЭЭГ-датчиков это пока не сделано.
История
[ редактировать ]Ушная ЭЭГ была впервые описана в патентной заявке. [1] и впоследствии в других публикациях. [2] [3] С тех пор эта работа превратилась в попытку, охватывающую несколько исследовательских групп. [4] и сотрудничество, а также частные компании. [5] [6] Ярким воплощением этой технологии является cEEGrid. [7] [8] (см. изображение справа) и специальные беруши, напечатанные на 3D-принтере от NeuroTechnology Lab (см. изображение выше). Также известно, что предпринимаются попытки создания универсальных внутриканальных наушников. [9] [10] [11] [12] [13]
Использование в исследованиях
[ редактировать ]Можно придумать множество областей исследований, в которых ненавязчивая и невидимая система ЭЭГ была бы полезна. [14] Хорошими примерами являются исследования групповой динамики или дидактики, и в этих случаях было бы очень полезно иметь возможность отслеживать влияние различных событий на людей, в то же время позволяя им беспрепятственно переживать эти события. И в этом контексте очень важно провести детальное сравнение ушной ЭЭГ и обычной ЭЭГ кожи головы, поскольку результаты должны быть сопоставимы на разных платформах. Это было сделано во многих статьях. [7] [15] [16] [17] В ходе этих исследований было обнаружено, что измерения ЭЭГ уха сравнимы с ЭЭГ кожи головы в частотной области; однако активность во временной области, регистрируемая двумя системами, заметно различается. В нескольких статьях были представлены модели (т.е. прямые модели ушной ЭЭГ) того, как электрическое поле от электрических источников в мозге отображается на потенциалы в ухе. [18] [19] [20] Прямые модели ушной ЭЭГ позволяют прогнозировать потенциалы в ухе для определенного нейронного явления и могут использоваться для улучшения понимания того, какие нейронные источники можно измерить с помощью ушной ЭЭГ. [18]
Сухой контактный электрод ушной ЭЭГ
[ редактировать ]Ушная ЭЭГ с электродом сухого контакта — это метод, при котором между электродом и кожей не наносится гель. [21] [22] [23] Этот метод в целом повышает комфорт и удобство для пользователя при длительных и реальных записях. Поскольку на электроды не наносится гель, пользователь потенциально может установить устройство ушной ЭЭГ без посторонней помощи.
Ушная ЭЭГ с электродом сухого контакта использовалась для выполнения записей ушной ЭЭГ с высокой плотностью, что позволяет отображать реакцию мозга на топографической трехмерной карте уха (Ear-topographys). [24]
При использовании электродов с сухим контактом поверхность раздела между кожей и электродами в основном определяется электрохимическими свойствами материала электрода, механической конструкцией электрода, поверхностными свойствами электрода и тем, как электрод удерживается на коже. . [26] Для улучшения этих аспектов ушной ЭЭГ были предложены наноструктурированные электроды и мягкие наушники. [25] Электронные приборы также должны быть тщательно спроектированы для размещения электродов с сухим контактом. [27] [28]
Реальный мониторинг
[ редактировать ]На состояние человеческого мозга влияет окружающая среда, а реакция мозга зависит от состояния мозга. Таким образом, ограничение исследований мозга лабораторией представляет собой фундаментальное ограничение. Мониторинг ушной ЭЭГ в реальном времени преодолевает это ограничение и позволяет исследовать вызванные и спонтанные реакции, связанные с ситуациями повседневной жизни. [29] [22]
Компактность и незаметность устройства ушной ЭЭГ делает его пригодным для реального мониторинга ЭЭГ. [30] [31] [21] [32] [33] Общей проблемой при записи ЭЭГ являются помехи, возникающие из-за шума и артефактов. В лабораторных условиях артефактов и помех в значительной степени можно избежать или контролировать, но в реальной жизни это сложно. Физиологические артефакты — это категория артефактов физиологического происхождения, в отличие от артефактов, возникающих в результате электрических помех. Исследование физиологических артефактов в ушной ЭЭГ показало, что артефакты от сокращений мышц челюсти выше для ушной ЭЭГ по сравнению с ЭЭГ кожи головы, тогда как моргание глаз не влияет на ушную ЭЭГ. [34] [35]
Мониторинг сна
[ редактировать ]Многообещающим вариантом использования является долгосрочный мониторинг сна, где в настоящее время существует потребность в более удобной для пользователя (и более дешевой) альтернативе золотому стандарту полисомнографии . [36] [37] [38] [39] Инновационный фонд Дании недавно профинансировал крупный проект по использованию ушной ЭЭГ для мониторинга сна в сотрудничестве с промышленностью и Орхусским университетом в Дании., [40] однако разработка монитора сна на основе ушной ЭЭГ является глобальной задачей, другие известные примеры имеют место в Университете Колорадо. , [41] Имперский колледж Лондона [42] [17] а также Оксфордский университет. [33]
Возможное коммерческое использование
[ редактировать ]Несмотря на отсутствие на рынке продуктов для ушной ЭЭГ, несколько компаний объявили об инвестициях в технологию ушной ЭЭГ. В первую очередь это производители слуховых аппаратов Oticon. [43] и Widex и ее дочерняя компания T&W Engineering, [44] которые изучают возможности применения слуховых аппаратов, целесообразность которых, похоже, имеет некоторую поддержку, [45] [46] и сигнал тревоги о гипогликемии .
Другими потенциальными вариантами использования, которые, как известно, были исследованы, являются обнаружение сонливости водителя , [47] БКИ [48] [49] и биометрическая идентификация. [50]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ заявка США 2007112277 , Фишер, Рассел; Ферраро, Джозеф и Лал, Принс и др., «Аппарат и метод для измерения и мониторинга структур биоэлектрических сигналов», опубликовано 17 мая 2007 г. , позже заброшено.
- ^ EP 2448477 , Кидмос, Пребен; Унгструп, Майкл и Ранк, Майк Л., «Буруши с поверхностными электродами», опубликовано 9 мая 2012 г., передано Widex A/S.
- ^ Кидмос, Пребен (2012). «Слуховые реакции вызвали ответы на записи ушной ЭЭГ». 2012 Ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE . EMBC 2012. Сан-Диего, Калифорния. стр. 586–589. дои : 10.1109/EMBC.2012.6345999 . ISBN 978-1-4577-1787-1 .
- ^ Бляйхнер, Мартин (6 апреля 2015 г.). «Исследуем миниатюрные ЭЭГ-электроды для создания интерфейсов мозг-компьютер. ЭЭГ вы не видите?» . Физиол Представитель . 3 (4): e12362. дои : 10.14814/phy2.12362 . ПМЦ 4425967 . ПМИД 25847919 .
- ^ «Осведомленный» . Объединенные науки. 20 апреля 2016 г. Проверено 25 августа 2016 г.
- ^ Фидлер, Лоренц. Ушная ЭЭГ позволяет извлекать нервные реакции в сложных сценариях прослушивания – технология будущего для слуховых аппаратов? . EMBC 2016. Орландо, Флорида.
- ^ Jump up to: а б Дебенер, Стефан (17 ноября 2015 г.). «Ненавязчивая амбулаторная ЭЭГ с использованием смартфона и гибких печатных электродов вокруг уха» . Научные отчеты . 5 : 16743. Бибкод : 2015NatSR...516743D . дои : 10.1038/srep16743 . ПМЦ 4648079 . ПМИД 26572314 .
- ^ «cEEGrid –» . www.ceegrid.com . Проверено 14 ноября 2016 г.
- ^ Кидмоз, П.; Луни, Д.; Йохумсен, Л.; Мандич, ДП (июль 2013 г.). «Ушная ЭЭГ из обычных наушников: технико-экономическое обоснование». 2013 35-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (EMBC) . Том. 2013. IEEE. стр. 543–546. дои : 10.1109/embc.2013.6609557 . ISBN 9781457702167 . ПМИД 24109744 . S2CID 10278053 .
- ^ Донг, Хао. Новый метод внутриушной записи ЭЭГ на основе мягких материалов . EMBC 2016. Орландо, Флорида.
- ^ Говердовский, Валентин. Универсальный вязкоэластичный внутриушной ЭЭГ-монитор . EMBC 2016. Орландо, Флорида.
- ^ Говердовский, Валентин (1 января 2016 г.). «Внутриушная ЭЭГ от обычных вязкоупругих наушников: надежный и ненавязчивый круглосуточный мониторинг». Журнал датчиков IEEE . 16 (1). ИИЭР: 271–277. Бибкод : 2016ISenJ..16..271G . дои : 10.1109/JSEN.2015.2471183 . hdl : 10044/1/43182 . S2CID 44224053 .
- ^ Нортон, Джеймс (31 марта 2015 г.). «Мягкие изогнутые электродные системы, способные интегрироваться в ушную раковину в качестве постоянного интерфейса мозг-компьютер» . ПНАС . 112 (13): 3920–3925. Бибкод : 2015PNAS..112.3920N . дои : 10.1073/pnas.1424875112 . ПМЦ 4386388 . ПМИД 25775550 .
- ^ Кассон, Александр (10 мая 2010 г.). «Носимая электроэнцефалография. Что это такое, зачем она нужна и что она собой представляет?» (PDF) . Журнал IEEE Engineering in Medicine and Biology . 29 (3): 44–56. дои : 10.1109/MEMB.2010.936545 . hdl : 10044/1/5910 . ПМИД 20659857 . S2CID 1891995 .
- ^ Миккельсен, Кааре (18 ноября 2015 г.). «ЭЭГ, записанная из уха: характеристика метода ушной ЭЭГ» . Границы в неврологии . 9 : 438. дои : 10.3389/fnins.2015.00438 . ПМК 4649040 . ПМИД 26635514 .
- ^ Бляйхнер, Мартин (5 октября 2016 г.). «Определение слухового внимания с помощью ушной ЭЭГ: сравнение cEEGrid и кап-ЭЭГ высокой плотности» . Журнал нейронной инженерии . 13 (6): 066004. Бибкод : 2016JNEng..13f6004B . дои : 10.1088/1741-2560/13/6/066004 . ПМИД 27705963 .
- ^ Jump up to: а б Донг, Хао (18 октября 2016 г.). «Новый метод записи внутриушной ЭЭГ на основе мягких материалов». 2016 38-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (EMBC) . Том. 2016. С. 5709–5712. дои : 10.1109/EMBC.2016.7592023 . hdl : 10044/1/44965 . ISBN 978-1-4577-0220-4 . ПМИД 28269551 . S2CID 27566415 .
- ^ Jump up to: а б с Каппель, Саймон Л.; Макейг, Скотт; Кидмос, Пребен (10 сентября 2019 г.). «Прямые модели уха-ЭЭГ: улучшенные модели головы для уха-ЭЭГ» . Границы в неврологии . 13 : 943. дои : 10.3389/fnins.2019.00943 . ISSN 1662-453X . ПМК 6747017 . ПМИД 31551697 .
- ^ Говердовский, Валентин; фон Розенберг, Вильгельм; Накамура, Такаши; Луни, Дэвид; Шарп, Дэвид Дж.; Папавассилиу, Христос; Моррелл, Мэри Дж.; Мандич, Данило П. (декабрь 2017 г.). «Слушаемые наушники: мультимодальное физиологическое внутриушное зондирование» . Научные отчеты . 7 (1): 6948. arXiv : 1609.03330 . Бибкод : 2017НатСР...7.6948Г . дои : 10.1038/s41598-017-06925-2 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 5537365 . ПМИД 28761162 .
- ^ Кидмоз, Пребен; Луни, Дэвид; Унгструп, Майкл; Ранг, Майк Линд; Мандич, Данило П. (октябрь 2013 г.). «Исследование вызванных потенциалов на ушной ЭЭГ». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 60 (10): 2824–2830. дои : 10.1109/TBME.2013.2264956 . ISSN 0018-9294 . ПМИД 23722447 . S2CID 12550407 .
- ^ Jump up to: а б Хун Ли, Джун; Мин Ли, Сын; Джин Бён, Ханг; Сук Хонг, Юнг; Сук Пак, Кван; Ли, Сан Хун (август 2014 г.). «Ушные электроды канального типа на основе CNT/PDMS для незаметной записи ЭЭГ». Журнал нейронной инженерии . 11 (4): 046014. Бибкод : 2014JNEng..11d6014L . дои : 10.1088/1741-2560/11/4/046014 . ISSN 1741-2552 . ПМИД 24963747 . S2CID 37513095 .
- ^ Jump up to: а б Каппель, Саймон Л.; Кидмос, Пребен (июль 2018 г.). «Реальная ЭЭГ уха с сухим контактом». 2018 40-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (EMBC) . Том. 2018. С. 5470–5474. дои : 10.1109/embc.2018.8513532 . ISBN 9781538636466 . ПМИД 30441575 . S2CID 53093217 .
- ^ Сюн Чжоу; Цян Ли; Килсгаард, Сорен; Моради, Фаршад; Каппель, Саймон Л.; Кидмос, Пребен (июнь 2016 г.). «Носимая система регистрации ушной ЭЭГ на основе активных электродов с сухим контактом». Симпозиум IEEE 2016 по СБИС (СБИС-схемы) . стр. 1–2. дои : 10.1109/VLSIC.2016.7573559 . ISBN 9781509006359 . S2CID 37530730 .
- ^ Jump up to: а б Каппель, Саймон Л.; Кидмос, Пребен (июль 2017 г.). «Ушная ЭЭГ высокой плотности». 2017 39-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (EMBC) . Том. 2017. С. 2394–2397. дои : 10.1109/embc.2017.8037338 . ISBN 9781509028092 . ПМИД 29060380 . S2CID 8902094 .
- ^ Jump up to: а б Каппель, Саймон Л.; Ранг, Майк Линд; Тофт, Ганс Олаф; Андерсен, Микаэль; Кидмос, Пребен (2018). «Сухой контактный электрод Ушная-ЭЭГ» . Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 66 (1): 150–158. дои : 10.1109/tbme.2018.2835778 . ISSN 0018-9294 . ПМИД 29993415 . S2CID 51614629 .
- ^ Чи, Ю Майк; Юнг, Цзы-Пин; Каувенбергс, Герт (2010). «Сухие контактные и бесконтактные биопотенциальные электроды: методический обзор». Обзоры IEEE в области биомедицинской инженерии . 3 : 106–119. CiteSeerX 10.1.1.227.2124 . дои : 10.1109/RBME.2010.2084078 . ISSN 1937-3333 . ПМИД 22275204 . S2CID 2705602 .
- ^ Каппель, Саймон Л.; Кидмос, Пребен (август 2015 г.). «Исследование спектров импеданса сухих и влажных ушных ЭЭГ-электродов». 2015 37-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (EMBC) . Том. 2015. С. 3161–3164. дои : 10.1109/embc.2015.7319063 . ISBN 9781424492718 . ПМИД 26736963 . S2CID 450962 .
- ^ Сюн Чжоу; Цян Ли; Килсгаард, Сёрен; Моради, Фаршад; Каппель, Саймон Л.; Кидмос, Пребен (июнь 2016 г.). «Носимая система регистрации ушной ЭЭГ на основе активных электродов с сухим контактом». Симпозиум IEEE 2016 по СБИС (СБИС-схемы) . стр. 1–2. дои : 10.1109/vlsic.2016.7573559 . ISBN 9781509006359 . S2CID 37530730 .
- ^ Бляйхнер, Мартин Г.; Дебенер, Стефан (07 апреля 2017 г.). «Скрытое, ненавязчивое получение ЭЭГ в центре уха: cEEGrids для прозрачной ЭЭГ» . Границы человеческой неврологии . 11 : 163. дои : 10.3389/fnhum.2017.00163 . ISSN 1662-5161 . ПМЦ 5383730 . ПМИД 28439233 .
- ^ Каппель, Саймон Л. (сентябрь 2016 г.). Разработка и характеристика ушной ЭЭГ для мониторинга мозга в реальной жизни (докторская диссертация). Орхусский университет. дои : 10.7146/аул.260.183 . ISBN 9788775074204 .
- ^ Бляйхнер, Мартин Г.; Лундбек, Миха; Селиски, Матиас; Миноу, Фальк; Ягер, Мануэла; Эмкес, Райнер; Дебенер, Стефан; Де Вос, Мартен (апрель 2015 г.). «Исследуем миниатюрные ЭЭГ-электроды для создания интерфейсов мозг-компьютер. ЭЭГ вы не видите?» . Физиологические отчеты . 3 (4): e12362. дои : 10.14814/phy2.12362 . ISSN 2051-817X . ПМЦ 4425967 . ПМИД 25847919 .
- ^ Фидлер, Л.; Облесер, Дж.; Луннер, Т.; Граверсен, К. (август 2016 г.). «Ушная ЭЭГ позволяет извлекать нейронные реакции в сложных ситуациях прослушивания — технология будущего для слуховых аппаратов?». 2016 38-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (EMBC) . Том. 2016. С. 5697–5700. дои : 10.1109/EMBC.2016.7592020 . ISBN 9781457702204 . ПМИД 28269548 . S2CID 206635991 .
- ^ Jump up to: а б Фам, Нхат; Динь, Туан; Рагеби, Зохре; Ким, Тэхо; Буй, Нам; Нгуен, Фук; Труонг, Хоанг; Банаи-Кашани, Фарнуш; Халбауэр, Энн; Динь, Тханг; Ву, Тэм (15 июня 2020 г.). "БУДИТЬ" . Материалы 18-й Международной конференции по мобильным системам, приложениям и сервисам . МобиСис '20. Торонто, Онтарио, Канада: Ассоциация вычислительной техники. стр. 404–418. дои : 10.1145/3386901.3389032 . ISBN 978-1-4503-7954-0 . S2CID 219398352 .
- ^ Каппель, Саймон Л.; Луни, Дэвид; Мандич, Данило П.; Кидмос, Пребен (11 августа 2017 г.). «Физиологические артефакты на ЭЭГ кожи головы и ЭЭГ уха» . Биомедицинская инженерия онлайн . 16 (1): 103. дои : 10.1186/s12938-017-0391-2 . ISSN 1475-925Х . ПМЦ 5553928 . ПМИД 28800744 .
- ^ Каппель, Саймон Л.; Луни, Дэвид; Мандич, Данило П.; Кидмос, Пребен (август 2014 г.). «Метод количественной оценки артефактов ЭЭГ и эмпирическое исследование артефактов». 2014 36-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE . Том. 2014. С. 1686–1690. дои : 10.1109/embc.2014.6943931 . ISBN 9781424479290 . ПМИД 25570299 . S2CID 12524339 .
- ^ Луни, Дэвид; Говердовский, Валентин; Розенцвейг, Ивана; Моррелл, Мэри Дж.; Мандич, Данило П. (декабрь 2016 г.). «Носимый внутриушной энцефалографический датчик для мониторинга сна. Предварительные наблюдения в ходе исследований сна» . Анналы Американского торакального общества . 13 (12): 2229–2233. doi : 10.1513/AnnalsATS.201605-342BC . ISSN 2329-6933 . ПМК 5291497 . ПМИД 27684316 .
- ^ Стокгольм, Андреас. Автоматическая классификация стадий сна с использованием ушной ЭЭГ . EMBC 2016. Орландо, Флорида.
- ^ Миккельсен, Кааре (2017). «Автоматическая фазировка сна с помощью ушной ЭЭГ» . Биомедицинская инженерия онлайн . 16 (1): 111. дои : 10.1186/s12938-017-0400-5 . ПМК 5606130 . ПМИД 28927417 .
- ^ Нгуен, Ань; Алькураши, Рагда; Рагеби, Зохре; Банаи-кашани, Фарнуш; Халбауэр, Энн К.; Ву, Там (2016). «Легкая и недорогая внутриушная сенсорная система для автоматического мониторинга стадии сна в течение всей ночи» . Компакт-диск с материалами 14-й конференции ACM по встраиваемым сетевым сенсорным системам . СенСис '16. Стэнфорд, Калифорния, США: ACM Press. стр. 230–244. дои : 10.1145/2994551.2994562 . ISBN 9781450342636 . S2CID 11709648 .
- ^ «Затычки для ушей, чтобы читать мозговую активность людей, страдающих бессонницей» . Инновационный фонд Дании . Проверено 4 января 2018 г.
- ^ Нгуен, Ань. Легкая и недорогая внутриушная сенсорная система для автоматического мониторинга стадии сна в течение всей ночи . 14-я конференция ACM по встраиваемым сетевым сенсорным системам. Стэнфорд, США.
- ^ Мосс, Джеймс (2017). «Эффективность внутриушной электроэнцефалографии (ЭЭГ) для мониторинга латентного периода сна и влияния лишения сна» . А80-С. НОВЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К SDB . Тезисы докладов Международной конференции Американского торакального общества. Американское торакальное общество. стр. А7596. doi : 10.1164/ajrccm-conference.2017.195.1_MeetingAbstracts.A7596 (неактивен 31 января 2024 г.).
{{cite book}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка ) - ^ Фидлер, Лоренц. Околоушная ЭЭГ отражает присутствие говорящего в сценарии с несколькими говорящими . EMBC 2016. Орландо, Флорида.
- ^ «Сигнализация гипогликемии на основе ушной ЭЭГ» . Орхусский университет . Проверено 31 августа 2016 г.
- ^ Миркович, Бояна (27 июля 2016 г.). «Обнаружение целевого говорящего с помощью скрытой ЭЭГ вокруг уха» . Границы в неврологии . 9 : 438. дои : 10.3389/fnins.2015.00438 . ПМК 4649040 . ПМИД 26635514 .
- ^ Миркович, Бояна. Ушная ЭЭГ позволяет извлекать нервные реакции в сложных сценариях прослушивания – технология будущего для слуховых аппаратов? . EMBC 2016. Орландо, Флорида.
- ^ Хван, Тэхо. Обнаружение сонливости водителя с помощью внутриушной ЭЭГ . EMBC 2016. Орландо, Флорида.
- ^ Чой, Су-Ин. Целесообразность использования ушной ЭЭГ для разработки практической системы интерфейса мозг-компьютер: предварительное исследование . EMBC 2016. Орландо, Флорида.
- ^ Ю-Тэ Ван; Наканиси, Масаки; Каппель, Саймон Линд; Кидмоз, Пребен; Мандич, Данило П.; Ицзюнь Ван; Чунг-Куан Ченг; Цзы-Пин Юнг (август 2015 г.). «Разработка онлайн-системы интерфейса мозг-компьютер на основе зрительных вызванных потенциалов с использованием EarEEG». 2015 37-я ежегодная международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (EMBC) . Том. 2015. С. 2271–2274. дои : 10.1109/embc.2015.7318845 . ISBN 9781424492718 . ПМИД 26736745 . S2CID 5996098 .
- ^ Ян, Чон-Кай. Аутентификация паролей с помощью недорогой EarEEG . EMBC 2016. Орландо, Флорида.