Forskare vid University of Texas i Austin har utvecklat elektroencefalografi (EEG) elektroder som patienter kan bära på huvudet för att övervaka hjärnans aktivitet. EEG-elektrodsystemet fungerar som ett hjärn-datorgränssnitt (BCI), som kan styras av hjärnsignaler för att hjälpa till att reparera hjärnskador orsakade av stroke och andra sjukdomar.
Forskningsresultaten publicerades i tidskriften Biosensors and Bioelectronics. Resultaten av studien visar att elektroderna kan bäras bekvämt och stabilt i upp till fyra veckor utan någon medicinsk inblandning. Detta är en enorm förbättring jämfört med befintliga elektroder, som vanligtvis behöver bytas ut med några timmars mellanrum eller högst dagar.
Huiliang (Evan) Wang, biträdande professor vid institutionen för biomedicinsk teknik vid Cockrell School of Engineering och en av projektledarna, sa: "Vi hoppas att människor kan bära den här enheten under längre perioder hemma, där de kan rehabilitera utan att kontinuerligt behöva gå till kliniken eller rehab varje dag i veckor, när du återhämtar dig från en stroke, är det ännu mer utmanande."
Det finns två huvudtyper av nuvarande EEG-elektroder, torra och våta, men ingen av dessa elektroder fungerar bra för långvarig kontinuerlig övervakning. Gelbaserade våta elektroder gör ett bättre jobb med att registrera hjärnaktivitet, men kräver mer underhåll än torra elektroder.
Denna nya elektrod utnyttjar fördelarna med våta gelelektroder och eliminerar stora nackdelar som deras tendens att torka ut och sedan falla av.
Elektroder appliceras på människor. Källa: University of Texas i Austin
Forskarna tog denna idé ett steg längre genom att kombinera ledande polymerer med polymerer med hög vattenhalt. Detta gjorde det möjligt för dem att dra nytta av fördelarna med det gelbaserade materialet, främst på grund av störningar orsakade av hud och hår, ett koncept som kallas elektrod-hudimpedans.
Elektrodsystemet registrerar hjärnaktivitet, som att hjärnan säger åt en hand att röra sig. Men en stroke kan störa nervbanorna mellan delar av kroppen, vilket gör det svårare att signalera handling. Kombinationen av ett hjärn-dator-gränssnitt och funktionell elektrisk stimulering kan förvandla tanken på att flytta en kroppsdel till en handling som stimulerar målområdet att utföra hjärnkommandon. Detta tillvägagångssätt kan hjälpa till att återuppbygga kommunikationsvägarna mellan hjärnan och andra delar av kroppen som skadats av en stroke.
Demonstration av att kombinera POLiTAG-elektroder med en trådlös enkanalig EEG-enhet
"Dessa nya EEG-elektroder har potential att revolutionera området för icke-invasiva EEG-gränssnitt, som för närvarande kräver omfattande expertstöd varje gång systemet sätts upp", säger forskaren Del Millán. "Dessutom, eftersom att behärska BCI och inducera funktionell återhämtning och hjärnans plasticitet kräver ämnesutbildning, och att ha ett permanent system som människor kan använda autonomt under dagen kommer att öka potentialen för denna teknik."
Nästa steg för forskarna är att utöka hur länge elektroderna kan bäras, och vilka typer av aktiviteter detta bärbara EEG-baserade hjärn-dator-gränssnitt kan underlätta. De arbetar också med applikationer som att styra rullstolar och flytta proteser.