Разработка ученых из США и Тайваня устраняет ключевые ограничения традиционных методов электроэнцефалографии и расширяет возможности длительного ЭЭГ-мониторинга. «Замаскированные» под волосы электроды не требуют геля и позволяют снимать ЭЭГ в течение суток.
Учёные из Университета Пенсильвании представили инновационные «волосоподобные» электроды для длительной записи ЭЭГ, которые преодолевают проблемы традиционных систем: неудобство, артефакты движения и необходимость использования геля. Устройство, напоминающее человеческий волос, крепится к коже головы с помощью биосовместимого адгезива и сохраняет стабильность сигнала даже при физической активности. Тесты подтвердили возможность 24-часового мониторинга с высокой точностью, включая регистрацию альфа-ритмов.
Электроэнцефалография — золотой стандарт неинвазивного исследования активности мозга, но её применение ограничено: слабые сигналы искажаются из-за волосяного покрова и подвижности электродов, традиционные электроды (Ag/AgCl) требуют геля, который высыхает, может вызывать раздражение и неудобен при длительном ношении, а жёсткие конструкции создают сильные артефакты при движении, что критично для пациентов с эпилепсией или нарушениями сна. Ранее ученые предпринимали попытки создать сухие электроды, но у них была слабая адгезия, и выглядело все это не очень — на работу в таком не пойти, если речь о длительном мониторинге.
Команда исследователей разработала устройство, сочетающее электродный слой из гидрогеля PEDOT:PSS (проводимость >11 См/см, растяжимость до 400%) и основы из PDMS, имитирующей волос (толщина 300 мкм). К коже головы этот волос крепится через биоадгезивный слой на основе полиакриловой кислоты и полиуретана, формирующий ковалентные связи с кожей. Сам волос создаётся методом 3D-печати: технология Direct Ink Writing (DIW) позволила создать многослойную структуру с точностью до 100 мкм.
Таким образом разом, электроды представляет собой подобие волоса, который доступен в разных цветах и незаметен визуально, не требует использования геля и при этом Устойчив к поту, расчесыванию и прочим бытовым событиям.
Такие электроды протестировали на людях. Результаты показали их механическую и электрическую стабильность и высокое качество записи ЭЭГ, сопоставимое с используемыми в настоящее время системами. Устройство чётко регистрировало подавление альфа-волн при открытых глазах, как и стандартные золотые электроды. А ещё разработку можно использовать для других целей, например для электромиографии.
Потенциальные возможности применения разработанных электродов — домашний длительный мониторинг мозговой активности, например у пациентов с эпилепсией, нейроинтерфейсы, облегчение взаимодействия с носимыми устройствами, чтобы они были менее громоздкими, но более комфортными в использовании.
Результаты опубликованы в npj Biomedical Innovations.
Текст: Дарья Тюльганова