Un poligraf portabil fără fir detectează semnalele ascunse de stres
Inginerii de la Universitatea Northwestern au dezvoltat un sistem mic de poligraf wireless, care poate fi purtat pe corp.
Spre deosebire de poligrafele folosite în dramele criminologice de la televizor, această versiune purtabilă nu este optimizată pentru a detecta minciuni. În schimb, inginerii și medicii l-au conceput pentru a percepe stresul profund ascuns în organism – fără a fi necesară o cameră de interogare.
Dispozitivul ușor, asemănător cu un bandaj, se fixează delicat pe piept, măsurând simultan activitatea cardiacă, tiparele respiratorii, reacția sudorii, fluxul sanguin și temperatura. Aceste semnale oferă o vedere de ansamblu în timp real asupra stresului.
Prin monitorizarea continuă a mai multor semnale fiziologice, dispozitivul ar putea ajuta clinicianții să detecteze stresul și disconfortul potențial la pacienți, inclusiv la sugari sau persoane în vârstă, care nu pot comunica, să diagnosticheze tulburările de somn fără echipamente greoaie de laborator, să monitorizeze sănătatea mintală în timp și chiar să identifice semne timpurii ale complicațiilor medicale.
Studiul va fi publicat miercuri (13 mai) în revista Science Advances.
„Uneori, corpul manifestă semne de stres înainte ca o persoană să fie conștientă de acesta”, a declarat John A. Rogers. „Chiar dacă oamenii nu realizează cât de multă presiune suportă, stresul le afectează în tăcere sănătatea. Stresul prelungit poate avea consecințe negative, în special pentru mamele gravide, copii și pacienți grav bolnavi. O capacitate de a urmări stresul pe baza măsurătorilor cantitative ar putea împuternici oamenii să ia măsuri de reducere a stresului, cu beneficii directe pentru sănătatea lor. Este important de menționat că am avut ca scop proiectarea unui dispozitiv, similar ca concept cu un sistem de poligraf, care funcționează pe baza răspunsurilor biofizice ale corpului, fără a necesita acces la biomarkerii chimici găsiți în fluidele corporale.”
Rogers este un pionier de renume mondial în domeniul bioelectronicii și profesor de Științe și Inginerie a Materialelor, Inginerie Biomedicală și Chirurgie Neurologică la Northwestern, unde are numiri în Școala de Inginerie McCormick și la Școala de Medicină Feinberg. De asemenea, el coordonează Institutul Querrey Simpson pentru Bioelectronică și Institutul Querrey Simpson pentru Inginerie Translațională și Sisteme Medicale Avansate. Rogers este coautor corespunzător al studiului împreună cu Debra E. Weese-Mayer și Jae-Young Yoo.
Proiectul a început ca o solicitare din partea pediatrilor de la Spitalul pentru Copii Ann & Robert H. Lurie din Chicago. De-a lungul anilor, echipa lui Rogers a dezvoltat o suită de electronice wireless purtabile pentru sugari și copii – pentru a urmări semnele vitale, a monitoriza bolile, a trata afecțiunile congenitale și a diagnostica boli. Acum, pediatrii i-au cerut lui Rogers să creeze un dispozitiv moale, noninvaziv, pentru a detecta și urmări continuu nivelurile de stres la bebeluși pe parcursul șederii în spital, fără a măsura semnăturile biochimice ale stresului în salivă și sânge.
În prezent, detectarea stresului la sugari depinde adesea de ceea ce pot observa și auzi îngrijitorii – plânsul, expresiile faciale și mișcarea – împreună cu semnele vitale de bază. Însă aceste semnale pot fi subtile, inconsistente sau chiar complet absente.
„Stresul este adesea evaluat folosind foi de sondaj și evaluări ale asistentelor”, a spus Rogers. „Între ele se numără tonul și volumul plânsului. Sugarii, evident, nu pot descrie nivelul propriilor dureri. Așadar, determinarea stresului la bebeluși poate fi incredibil de provocatoare. Am dorit să eliminăm subiectivitatea din aceste evaluări.”
„Acest nou dispozitiv urmărește semnalele de stres ale corpului în permanență, ajutând la cuantificarea cât de mult timp este cineva stresat în fiecare zi și cât de intens este acel stres”, a spus Weese-Mayer. „Frumusețea dispozitivului este că atât indivizii, cât și furnizorii de servicii de sănătate pot acum să identifice stresul și să monitorizeze obiectiv eficiența intervențiilor pentru a reduce stresul și a restabili un echilibru sănătos, într-un mod complet noninvaziv.”
Pentru a realiza acest lucru, Rogers și echipa sa s-au inspirat dintr-un loc surprinzător: poligrafele. Deși sunt numite popular „detectoare de minciuni”, poligrafele nu detectează de fapt minciuni. Ele măsoară răspunsurile corpului la stres, care pot fi declanșate de mulți alți factori, în afară de înșelăciune. Rogers a văzut o oportunitate de a construi pe această idee de bază. Însă, în timp ce poligrafele tradiționale se bazează pe o combinație de senzori voluminoși și conectați prin cablu, Rogers a avut ca scop captarea acestor semnale fiziologice într-o formă mai cuprinzătoare, integrată, precisă și purtabilă.
Tehnologia rezultată combină mai mulți senzori miniaturali într-un singur dispozitiv moale. Împreună, acești senzori urmăresc continuu mai multe semnale fiziologice, toate reacționând atunci când corpul percepe stres. Un senzor de mișcare și un microfon miniatural captează semnale mecanice și acustice subtile de la inimă și plămâni. Alți senzori detectează temperatura pielii și fluxul de căldură asociat cu circulația sângelui aproape de suprafață. Un alt senzor măsoară schimbările în conductivitatea electrică a pielii cauzate de activitatea glandelor sudoripare – un marker bine cunoscut al stresului.
„Măsurarea stresului este o sarcină complexă, deoarece este multidimensională”, a spus Rogers. „Nu este posibil să determinăm în mod fiabil stresul măsurând doar unul sau două, sau chiar trei sau patru parametrii. Este necesară o colectare largă de factori. Așadar, am înghesuit cât mai mulți senzori ai proceselor fiziologice în această platformă de dispozitiv, menținând în același timp o dimensiune compactă și o construcție ușoară și evitând necesitatea de a accesa biofluide.”
Sistemul transmite wireless aceste fluxuri de date sincronizate către un smartphone, un ceas inteligent sau o tabletă, unde algoritmii de învățare automată analizează în timp real tiparele asociate cu stresul. Purtând mai puțin de 8 grame (echivalentul a opt clipsuri de hârtie) și conceput pentru a se mișca natural cu pielea, dispozitivul poate funcționa continuu timp de peste 24 de ore.
După dezvoltarea sistemului, echipa lui Rogers l-a validat într-o gamă largă de scenarii, inclusiv experimente controlate și medii reale. În timpul testelor simulate de detector de minciuni, dispozitivul purtabil a captat cu acuratețe răspunsurile la stres declanșate de întrebări sensibile și a corespuns măsurătorilor din sistemele comerciale de poligraf.
În teste cognitive, cum ar fi înțelegerea discursului în medii zgomotoase, dispozitivul a detectat creșteri clare ale semnalelor legate de stres pe
