O futuro do monitoramento da atividade cerebral pode parecer um fio de cabelo

O futuro do monitoramento da eletroencefalografia (EEG) pode em breve parecer um fio de cabelo. No lugar dos eletrodos de metal tradicionais, uma rede de fios e adesivos pegajosos, uma equipe de pesquisadores da Penn State criou um dispositivo de cabelo para o monitoramento não invasivo de longo prazo da atividade elétrica do cérebro. O eletrodo leve e flexível se liga diretamente ao couro cabeludo e fornece gravações estáveis ​​e de alta qualidade dos sinais do cérebro.

O EEG é fundamental para diagnosticar e avaliar condições neurológicas, como epilepsia e lesões cerebrais. Em alguns casos, os médicos precisam monitorar ondas cerebrais por períodos mais longos, por exemplo, para avaliar convulsões, distúrbios do sono e condições que afetam os vasos sanguíneos e o fluxo sanguíneo no cérebro.

Os pesquisadores descreveram os novos eletrodos, que demonstraram manter um desempenho estável por mais de 24 horas de desgaste contínuo, em um estudo publicado na revista NPJ Biomedical Innovations. Essa tecnologia é promissora de uso em produtos de saúde e bem -estar do consumidor, além de aplicações clínicas de assistência médica, de acordo com os pesquisadores.

“Este eletrodo permite um monitoramento mais consistente e confiável dos sinais de EEG e pode ser usado sem ser perceptível, o que melhora a funcionalidade e o conforto do paciente”, disse Tao Zhou, professor de ciência e mecânica de engenharia e mecânica da família Wormley.

O monitoramento do EEG é um método amplamente utilizado para medir a atividade elétrica do cérebro, explicou Zhou. Pequenos eletrodos de metal são colocados no couro cabeludo e captam os fracos impulsos elétricos gerados pelas células no cérebro. Os eletrodos são conectados a fios que são conectados a uma máquina que exibe a atividade do cérebro como padrões que se parecem com ondas.

O processo tradicional de monitoramento do EEG, no entanto, pode ser um pouco pesado – e às vezes bagunçado -. Suas limitações dificultam o uso do monitoramento contínuo e de longo prazo.

Para obter uma boa gravação da atividade do cérebro, os eletrodos precisam estar em conformidade com o couro cabeludo. Quaisquer lacunas entre o eletrodo e a pele ou cabelos densos podem diminuir a qualidade do sinal registrado. Pesquisadores e médicos devem aplicar géis ao couro cabeludo para manter um bom contato superficial a superfície entre os eletrodos e a qualidade da pele e do sinal. Para algumas pessoas, porém, os géis podem causar irritação na pele.

É um processo demorado que deve ser repetido quando os géis secam, especialmente para alguém precisa ser monitorado continuamente ou ao longo de várias sessões. O processo de aplicação e replicação também é impreciso e pode resultar em diferentes quantidades de gel usadas nos eletrodos.

“Isso mudará a impedância – ou a interface – entre os eletrodos e o couro cabeludo e pode afetar o sinal cerebral registrado”, disse Zhou. “Também nem sempre aplicamos os eletrodos na mesma posição porque somos humanos. Mas se você mudar a posição, mesmo um pouco, os sinais cerebrais que você monitoram podem ser diferentes”.

Os eletrodos convencionais de EEG também são rígidos e podem mudar quando alguém move a cabeça, até levemente, o que pode comprometer a uniformidade dos dados.

Para abordar essas limitações, a equipe de pesquisa projetou um pequeno dispositivo de monitoramento que se parece com um fio de cabelo e é feito de material hidrogel impresso em 3D. Uma extremidade é o eletrodo. Parece um pequeno ponto e captura os sinais elétricos do cérebro do couro cabeludo. Há um componente longo e fino do tipo arame que se estende do eletrodo, que se conecta ao sistema de monitoramento.

O dispositivo também usa uma tinta bioadesiva impressa em 3D que permite que o eletrodo grude diretamente no couro cabeludo sem a necessidade de géis gloopy ou outra preparação da pele. Isso minimiza a lacuna entre o eletrodo e o couro cabeludo, melhorando a qualidade do sinal. A natureza leve, flexível e elástica do dispositivo também significa que o dispositivo permanece colocado – mesmo ao pentear cabelos e vestir e remover um boné de beisebol – e pode ser usado por períodos mais longos, tornando -o adequado para o monitoramento crônico.

A equipe descobriu que o novo dispositivo teve um desempenho comparável aos eletrodos de ouro, os eletrodos padrão atuais usados ​​para o EEG. No entanto, o eletrodo do cabelo manteve um melhor contato entre o eletrodo e a pele e executou de maneira confiável por mais de 24 horas de desgaste contínuo, sem qualquer degradação na qualidade do sinal. Como os eletrodos não precisam ser removidos e substituídos como sistemas tradicionais de monitoramento de EEG, eles eliminam o risco de dados inconsistentes, mesmo em diferentes sessões de monitoramento.

“Você não precisa se preocupar se a posição do eletrodo mudou ou se a impedância mudou porque os eletrodos não se moveram”, disse Zhou.

Ao contrário dos eletrodos de metal tradicionais, os novos eletrodos imitam cabelos humanos e são discretos na cabeça. Como o dispositivo é impresso em 3D, Zhou explicou que eles podem imprimir o eletrodo em cores diferentes para combinar com o cabelo de uma pessoa também.

“Isso o torna discreto, e as pessoas podem se sentir mais confortáveis ​​em usar isso, especialmente se exigirem monitoramento contínuo de EEG e precisar usar os eletrodos por um longo período de tempo”, disse Zhou.

Atualmente, o EEG ainda está conectado; Os pacientes precisam estar conectados a uma máquina enquanto sua atividade cerebral é registrada. No futuro, os pesquisadores esperam tornar o sistema sem fio para que as pessoas possam se movimentar mais livremente durante as sessões de gravação.

Outros autores da Penn State no artigo incluem os principais autores Salahuddin Ahmed e Marzia Momin, ambos estudantes de doutorado no Departamento de Ciência e Mecânica de Engenharia. Jiashu Ren, estudante de doutorado do Departamento de Ciência e Mecânica de Engenharia; Hyunjin Lee, estudante de doutorado no Departamento de Engenharia Biomédica; Li-Pang Huang, assistente de pesquisa; e Basma Almahmood, estudante de graduação do Departamento de Física, também contribuiu para o artigo.

Outros autores incluem Chi-Ching Kuo, Archana Pandiyan e Loganathan Veeramuthu do Departamento de Ciência e Engenharia Molecular, Universidade Nacional de Tecnologia de Taipei.