鄭醫師的部落格

為了幫助保護駕駛員和機器操作員免受睡著的危險，加州大學柏克萊分校的工程師發明了原型耳塞，可以偵測大腦中的睡意跡象。

耳塞檢測腦電波的方式與腦電圖（EEG）相同，腦電圖是醫生用來測量大腦電活動的測試。大多數腦電圖儀使用一系列連接到頭部的電極來檢測腦電波，而耳塞則使用旨在與耳道接觸的內建電極來檢測腦電波。

耳塞偵測到的電訊號比傳統腦電圖偵測到的電訊號小。然而，在一項新的研究中，研究人員證明，他們的耳朵腦波圖平台足夠敏感，可以檢測阿爾法波，這是一種當你閉上眼睛或開始入睡時會增加的大腦活動模式。

「當我在2017 年購買第一對蘋果AirPods 時，我受到了啟發。我立即想到，『這是一個多麼令人驚嘆的神經記錄平台啊，』」該研究的資深作者、加州大學柏克萊分校電氣工程與電腦科學副教授Rikky Muller 說。 “我們相信這項技術有很多潛在用途，對睡意進行分類是一個很好的指標，說明該技術可以用來對睡眠進行分類，甚至診斷睡眠障礙。”

使用耳塞作為腦波圖電極會帶來各種實際挑戰。為了獲得準確的腦電圖，電極需要與皮膚良好接觸。這在傳統腦波圖檢查中相對容易實現，因為傳統腦電圖檢查使用黏在頭皮上的扁平金屬電極。然而，設計一款能夠緊貼、舒適地適合各種耳朵尺寸和形狀的耳塞要困難得多。

當 Muller 的團隊開始從事該專案時，開發耳腦波圖平台的其他團隊要么使用濕電極凝膠來確保耳塞和耳道之間的良好密封，要么為每個用戶創建客製化模製耳機。她和她的團隊希望設計一個乾燥且用戶通用的模型，以便任何人都可以將它們貼在耳朵上並獲得可靠的讀數。

加州大學柏克萊分校博士後學者、該研究的共同第一作者瑞安·卡維 (Ryan Kaveh) 表示：“我個人的目標是嘗試製造一種能夠真正從中受益的人每天使用的設備。” “為了做到這一點，我知道它必須可重複使用，適合各種人群，並且易於製造。”

Kaveh 與研究生 Carolyn Schwendeman 共同領導了這項研究，並與加州大學柏克萊分校 Ana Arias 的實驗室合作，設計了三種尺寸的最終耳機：小號、中號和大號。這款耳機採用懸臂式設計，採用多個電極，對耳道施加溫和的向外壓力，並使用靈活的電子裝置來確保舒適的佩戴體驗。訊號透過客製化的低功耗無線電子介面讀出。

在 2020 年的一篇論文中，研究人員表明，這些耳機可以檢測到許多生理訊號，包括眨眼、阿爾法腦電波和聽覺穩態反應，這是大腦對聽到穩定音調的反應。在新研究中，他們改進了耳機設計並結合了機器學習，以模擬如何在實際應用中使用耳機。

作為實驗的一部分，他們要求九名志願者戴上耳機，在黑暗的房間裡做一系列無聊的任務。每隔一段時間，志工就會被要求評估他們的困倦程度，並測量他們的反應時間。

卡維說：“我們發現，即使耳機的​​信號品質看起來很差，我們仍然可以對困倦的發生進行分類，其準確度與更複雜、笨重的系統相同。”該耳機在對新用戶的困倦進行分類時也保持了準確性，這是可以「開箱即用」的設備的一個特徵。

Muller 在巴卡爾獎學金和巴卡爾獎的支持下開發了耳腦波圖，他正在繼續完善設計並探索該設備的其他潛在應用，該設備還可以記錄腦波圖之外的信號，例如心跳、眼球運動和下巴咬緊。

「無線耳機是我們一直戴著的東西，」穆勒說。 “這就是耳腦波圖成為可穿戴設備如此引人注目的方法的原因。它不需要任何額外的東西。”

參考文獻:

1. Ryan Kaveh, Carolyn Schwendeman, Leslie Pu, Ana C. Arias, Rikky Muller. Wireless ear EEG to monitor drowsiness. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-48682-7

鄭醫師補充:

隨著科技的日新月異的研發，現代穿戴裝置具備的功能越來越多樣性，耳機如能偵測體溫、腦波、心跳、甚至是下顎的鬆緊程度，將會成為健康監測的方便工具，甚至是提升健康的輔助工具。