ЭЭГ

Персонализированная электронная татуировка на лице, которая работает по принципу ЭЭГ, отслеживая активность мозга. Её ключевая особенность в способности определить, когда орган перегружен, а работа неэффективна. Устройство, которое собирает данные также использует их для прогнозирования умственной перегрузки. Смысл нанесения такой татуировки в том, чтобы гибко настраиваться на золотую середину в своей производительности.

Работа мозга, электронная татуировка и продуктивность

Авиадиспетчеры, пилоты, работники здравоохранения, водители грузовиков, полицейские и спасатели, а также военные. Это лишь некоторые из профессий, которые требуют от человека полной концентрации в любое время, иначе есть риск катастрофических, потенциально фатальных последствий.

Исследователи Техасского университета в Остине (UT Austin) могут снизить потенциальные риски этих профессий благодаря своей новой технологии [1]. Их электронная татуировка на лице, или e-tattoo считывает мозговые волны и не только определяет момент выгорания серого вещества, но и эффективно предсказывает приближение истощения.

Технологии развиваются быстрее эволюции человека. Существует оптимальная умственная нагрузка для оптимальной производительности, которая отличается от человека к человеку.

Соавтор исследования, профессор Наньшу Лу, доктор философии, ныне заведующий кафедрой инженерии имени Кэрол Кокрелл Карран в Техасском университете в Остине.

Состояние потока и работа мозга

По словам исследователей, суть в том, чтобы найти «когнитивную зону Златовласки». Эдакую золотую середину между перегруженностью и скукой. Поэтому ученые сосредоточились на разработке беспроводного способа измерения и анализа электрической активности мозга без электроэнцефалографического (ЭЭГ) устройства, которое требует десятков громоздких проводных электродов, обычно прикрепленных к шапочке.

Удивительно, что эти шапочки, хоть и имеют больше датчиков для разных областей мозга, никогда не получают идеальный сигнал, потому что форма головы у всех разная. Мы измеряем черты лица участников, чтобы изготовить персонализированные электронные татуировки, чтобы гарантировать, что датчики всегда находятся в правильном месте и принимают сигналы.

Соавтор исследования, профессор Наньшу Лу, доктор философии, ныне заведующий кафедрой инженерии имени Кэрол Кокрелл Карран в Техасском университете в Остине.

Одноразовый беспроводной электрод электронной татуировки охватывает лоб и простирается вниз до скул с каждой стороны лица. Заземленная электронная татуировка прикреплена за одним ухом. Устройство регистрирует четыре канала ЭЭГ на лбу и два канала электроокулографии (ЭОГ), которая отслеживает движения глаз.

Интересно, что 5 лет назад, в 2020-том году писал статью о том, что потенциал ЭЭГ действительно открывает путь в беспроводным нейропротезам и имплантам для мозга [2].

Процесс исследования мозга и функциональные татуировки

Ученые протестировали свою электронную татуировку на шести участниках, пока те выполняли двойное задание N-back, когнитивное упражнение, в котором измеряется рабочая память и подвижность интеллекта.

Во время задания N-back потоки слуховых и зрительных стимулов подаются одновременно, и участников просят отслеживать оба потока и указывать, когда текущий стимул (слуховой или зрительный) совпадает с тем, который был предъявлен на N шагов раньше. Чем больше шагов должен держать в памяти участник исследования, тем сложнее задача.

Исследователи проанализировали сигналы, собранные у каждого испытуемого, которые включали мощность дельта-, тета-, альфа-, бета- и гамма-диапазонов ЭЭГ. «Мощность диапазона ЭЭГ» относится к силе или интенсивности мозговых волн в этих конкретных частотных диапазонах. Ученые обнаружили, что по мере увеличения умственной нагрузки (N) мощность дельта- и тета-диапазонов участников увеличивалась, что сигнализировало об увеличении когнитивной нагрузки, в то время как мощность альфа-, бета- и гамма-диапазонов уменьшалась, что указывало на умственную усталость.

Волны мозга на ЭЭГ

Дельта-волны (1–4 Гц). Самые медленные мозговые волны, обычно связанные с глубоким сном. Когда вы находитесь в состоянии глубокой релаксации или в бессознательном состоянии, ваш мозг создает больше дельта-волн.

Тета-волны (4–8 Гц). Тета-волны связаны с легким сном, сонливостью и глубокой релаксацией. Они также появляются во время медитативных состояний и часто коррелируют с творчеством, интуицией и эмоциональной обработкой.

Альфа-волны (8–12 Гц). Альфа-волны связаны со спокойным, расслабленным, но бдительным состоянием. Их часто наблюдают во время медитации, мечтаний или когда человек закрывает глаза, но все еще осознает свое окружение.

Бета-волны (12–30 Гц). Связанные с активным мышлением, сосредоточенностью и решением проблем. Бета-волны доминируют, когда вы бодрствуете и концентрируетесь на задаче, принимаете решения или занимаетесь активной умственной работой.

Гамма-волны (30–100 Гц). Самые быстрые мозговые волны, гамма-волны, связаны с когнитивными функциями более высокого уровня, такими как обучение, память и обработка информации.

Электронная татуировка и считывание работы мозга

Электронная татуировка не только определяла моменты, когда мозг перегружен, но и могла предсказать, когда это может произойти. Используя модель машинного обучения, исследователи продемонстрировали, что данные ЭЭГ и ЭОГ, собранные устройством, дают достаточно информации для оценки умственной нагрузки. А результаты по двойной задаче N-back служили своего рода «точкой отсчета» для каждого участника исследования.

Несмотря на свои возможности, одноразовая электронная татуировка на лице на удивление доступна. В зависимости от того, насколько глубоко вы хотите погрузиться в дебри сознания, традиционная ЭЭГ-машина может обойтись в сумму от 20 000 до 150 000 долларов США. Однао уже сейчас есть доступные для потребителей нейрогарнитуры. Впрочем, электронная одноразовая татуировка будет стоить менее 20 долларов, а стоимость компьютерных чипов и батареи впишется в бюджет в 200 долларов.

Благодаря низкой стоимости устройство становится доступным. Одно из моих желаний — превратить электронную татуировку в продукт, который мы можем носить дома.

Автор-корреспондент исследования, Луис Сентис, доктор философии, профессор кафедры аэрокосмической техники и инженерной механики Техасского университета в Остине.

Перспективы развития функциональных татуировок

В настоящее время исследователи работают над способами, которые позволят сделать электронную татуировку эффективной на тех частях тела, где есть волосы. Возможность разместить устройство на голове человека позволит проводить более полный мониторинг мозга.

Человечество давно следит за физическим здоровьем работников, отслеживая и пресекая травмы и мышечное напряжение. Теперь у нас есть возможность отслеживать умственное напряжение, которое раньше выпадало из зоны внимания. Это может кардинально изменить то, как организации обеспечивают общее благополучие своих сотрудников.

Автор-корреспондент исследования, Луис Сентис, доктор философии, профессор кафедры аэрокосмической техники и инженерной механики Техасского университета в Остине.

Что ж, это уже похоже чем-то на будущее трансгуманизма с элементами датаизма, которое лично мне хочется видеть в развитии человечества. Больше статей и материалов о мозге, технологиях и перспективах их развития читайте в материалах канала Neural Hack. Подписывайтесь, чтобы не пропустить свежие статьи!

Список научных источников

1. https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(25)00094-8

2. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aay2789

Недавнее исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Frontiers in Psychology, выявило нейронные корреляты, характерные для двух основных видов медитации – однонаправленной и аналитической. [Итальянские] ученые, использовавшие метод электроэнцефалографии (ЭЭГ), обнаружили, что эти медитативные практики приводят к появлению различных паттернов мозговой активности, что позволяет понять, как медитация влияет на когнитивную и эмоциональную регуляцию. Исследование, в котором приняли участие монахи расположенного в Индии монастыря Сера Дже, дало уникальное представление о нейрофизиологическом влиянии длительной практики медитации.

Целью научной работы было выяснить, как разные виды медитации влияют на активность головного мозга. Несмотря на растущую популярность медитации как в клиническом, так и в светском контекстах, по-прежнему остается неясным вопрос о конкретных нейронных механизмах, лежащих в основе различных медитативных практик.

Посредством рассмотрения однонаправленной и аналитической медитаций авторы исследования попытались выявить нейрофизиологические профили, связанные с этими практиками. Ученые надеялись заполнить пробелы в литературе, в частности, удовлетворить потребность в более подробных и обширных исследованиях воздействия медитации на головной мозг.

«Хотя я более 40 лет работал преподавателем электроники в Пизанском университете, наибольший интерес у меня всегда вызывали наука об уме и исследование сознания», – заявил автор исследования Бруно Нери.

«О Далай-ламе я впервые прочитал в приключенческой книге, когда мне было 14 лет. Этот человек, осуществлявший политическое и духовное руководство своим народом и преисполнененный безграничного сострадания, поразил меня до глубины души. Меня всегда восхищало то, что из жизни в жизнь он возвращается в этот мир, дабы продолжать вести за собой свой народ. Эти две сферы моих интересов слились воедино, когда я совершенно случайно оказался в Институте им. Ламы Цонкапы, крупнейшем центре тибетского буддизма на Западе, расположенном примерно в 40 километрах от Пизы».

«По этой причине, когда несколько лет спустя во время визита в институт, который я посещал некоторое время, Далай-лама попросил директора установить контакт с Пизанским университетом, и директор рассказал об этом мне, я тотчас откликнулся. Я воспользовался случаем и заключил соглашения о сотрудничестве как с самим институтом, так и с тибетским монастырским университетом Сера Дже в Индии».

Исследование проводилось в течение 12 недель в монастыре Сера Дже в Индии, в нем приняли участие 23 монаха, у которых был разный опыт медитации. Монастырский университет, расположенный в Билакуппе, является известным центром изучения и практики буддизма. Он был воссоздан [в Индии] монахами, бежавшими из Тибета после китайской оккупации в 1959 году.

«Университет Сера Дже был разрушен 60 лет назад после вторжения китайцев [в Тибет] и затем восстановлен в Индии: это было огромным испытанием на прочность, зрелость и преданность делу мира для народа, который никогда не отвечал насилием на насилие и всегда показывал, как можно развить в себе склонность к ненасилию посредством воспитания ума», – сообщил Бруно Нери.

Участников разделили на три группы: созерцатели начинающего, среднего и продвинутого уровня. Исследователи собрали записи ЭЭГ монахов во время сессий однонаправленной и аналитической медитаций. Сессии не были ограничены по времени, что позволило каждому участнику медитировать в привычном для себя темпе, не испытывая внешнего давления.

Исследователи обнаружили существенные различия в образцах ЭЭГ, полученных во время однонаправленной и аналитической медитаций. Однонаправленная медитация, которая предполагает сосредоточение на одном объекте (например, на дыхании или мантре), показала более выраженные изменения в активности мозга по сравнению с аналитической медитацией. В частности, однонаправленная медитация была связана с увеличением мощности альфа- и тета-волн мозга, особенно в лобных и задних отделах. Эти изменения свидетельствуют о том, что во время однонаправленной медитации усиливается контроль внимания и ум меньше отвлекается.

Аналитическая медитация, которая предполагает размышление об определенных концепциях или учениях, напротив, показала не столь значительные изменения в активности мозга. Хотя оба вида медитации вызвали некоторые изменения в образцах ЭЭГ, влияние однонаправленной медитации было более выраженным и устойчивым.

Бруно Нери был впечатлен способностью монахов «намеренно вызывать различные ментальные состояния, которые легко распознать с помощью объективных измерительных приборов».

«Взаимодействуя с этими людьми, мы должны проявлять большое смирение и желание учиться у них, а типичное для Запада высокомерие нужно оставлять дома. Они ни в коем случае не должны чувствовать себя подопытными кроликами».

Исследователи также наблюдали уникальное явление, которое было характерно для опытных созерцателей: во время некоторых сессий в диапазоне бета-частот происходил выраженный пиковый скачок, чего не было у новичков. Это позволяет предположить, что длительная практика медитации может усиливать определенные когнитивные процессы и концентрацию внимания.

«Исследование отчетливо показывает, что междисциплинарный вклад западной нейронауки, с одной стороны, и созерцательных практик, которые на протяжении почти трех тысячелетий непрерывно развивались в рамках великих восточных традиций, с другой, служит неотъемлемым условием преодоления препятствий на пути к разгадке тайн сознания», – сказал Нери корреспонденту журнала PsyPost.

Хотя исследование предоставляет ценные сведения, оно все же имеет ряд ограничений. Размер выборки был относительно небольшим, а распределение участников согласно уровням опыта медитации было неравномерным. Это затрудняет обобщение полученных результатов. Будущие исследования должны включать более крупные и сбалансированные выборки.

Исследователи считают нужным в дальнейшем изучить долгосрочные эффекты медитации, в частности то, как постоянная, многолетняя практика может привести к долгосрочным изменениям в структуре и функционировании головного мозга. Изучение влияния медитации на конкретные клинические группы, такие как люди с повышенной тревожностью или депрессией, также может дать ценные сведения о ее терапевтическом потенциале.

«Наибольший интерес для меня представляют некоторые виды эзотерических медитаций, которые позволяют практикующим постичь, как устроены взаимоотношения между сознанием и телом, демонстрируя причинно-следственные связи, противоположные тем, что общепризнаны в нейронауке, – отметил Нери. – Сознание не есть эпифеномен, порожденный головным мозгом, оно само способно управлять своей взаимосвязью с телом».

«Примером может служить медитация туммо, во время которой сознание начинает управлять температурой тела и повышает ее почти до 39°C. Другой пример – медитация махамудра, в ходе которой созерцатели воспроизводят процесс отделения сознания от тела, удивительным образом замедляя свой метаболизм и имитируя состояние, похожее на смерть. Следующим шагом во время дальнейшей исследовательской поездки в монастырь Сера Дже, которая начнется через несколько недель, будет поиск продвинутых созерцателей, которые могут выполнять эти два вида медитации».

«Франсиско Варела понимал, что для более глубокого исследования сознания необходимо сочетать подход от третьего лица, объективный анализ, с подходом от первого лица, субъективный анализ, посредством созерцательных практик, – добавил Нери. – К несчастью, он безвременно покинул этот мир. Мой опыт взаимодействия со столь древней и авторитетной традицией, как тибетский буддизм, показал мне, что Варела был прав».

Авторами исследования «Отчет из тибетского монастыря: нейронные корреляты ЭЭГ однонаправленной и аналитической медитации» выступили Бруно Нери, Алехандро Луис Каллара, Никола Ванелло, Данило Меникуччи, Андреа Заккаро, Андреа Пиарулли, Марко Лаурино, Нгаванг Норбу, Джампа Кечок, Нгаванг Шераб и Анджело Джеминьяни.

Источник