Todo el mundo tiene sueño de vez en cuando en el trabajo, especialmente después de un gran almuerzo. Pero para aquellos cuyo trabajo incluye conducir u operar maquinaria pesada, la somnolencia puede ser extremadamente peligrosa, si no directamente fatal. Conducir con sueño contribuye a cientos de accidentes automovilísticos fatales en los Estados Unidos cada año, y el Consejo Nacional de Seguridad enumera la somnolencia como un peligro grave en la construcción y la minería.
Para proteger a los conductores y operadores de máquinas de los peligros de la deriva, ingenieros de la Universidad de California en Berkeley han desarrollado prototipos de auriculares que pueden detectar signos de somnolencia en el cerebro.
Los auriculares detectan ondas cerebrales de la misma manera que un electroencefalograma (EEG), una prueba que utilizan los médicos para medir la actividad eléctrica en el cerebro. Si bien la mayoría de los EEG detectan ondas cerebrales mediante una serie de electrodos colocados en la cabeza, los auriculares lo hacen mediante electrodos incorporados que están diseñados para entrar en contacto con el canal auditivo.
Las señales eléctricas detectadas por los auriculares son más pequeñas que las captadas por un EEG tradicional. Sin embargo, en un nuevo estudio, los investigadores muestran que su plataforma EEG de oído es lo suficientemente sensible como para detectar ondas alfa, un patrón de actividad cerebral que aumenta cuando cierra los ojos o comienza a quedarse dormido.
“Me inspiré cuando compré mi primer par de Apple AirPods en 2017. Inmediatamente pensé: ‘Qué plataforma tan asombrosa para la grabación neuronal'”, dijo el autor principal del estudio, Ricky Mueller, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UC Berkeley. . “Creemos que esta tecnología tiene muchos usos potenciales, y clasificar la somnolencia es un buen indicador de que la tecnología puede usarse para clasificar el sueño e incluso diagnosticar trastornos del sueño”.
El uso de un auricular como electrodo EEG plantea varios desafíos prácticos. Para obtener un EEG preciso, los electrodos deben hacer buen contacto con la piel. Esto es relativamente fácil de lograr con el EEG tradicional, que utiliza electrodos metálicos planos pegados al cuero cabelludo. Sin embargo, diseñar un auricular que se adapte a una amplia variedad de formas y tamaños de oído (y cómodamente) es mucho más complejo.
Cuando el equipo de Muller comenzó a trabajar en el proyecto, otros equipos que desarrollaban plataformas de EEG de oído utilizaban gel de electrodo húmedo para garantizar un buen sellado entre los auriculares y el canal auditivo, o auriculares moldeados a medida para cada usuario. Él y su equipo querían diseñar un modelo que fuera seco y genérico para el usuario, de modo que cualquiera pudiera ponérselo en el oído y obtener lecturas confiables.
“Mi objetivo personal era tratar de crear un dispositivo que pudiera ser utilizado todos los días por alguien que realmente se beneficiaría de él”, dijo Ryan Kaveh, becario postdoctoral de UC Berkeley y coprimer autor del estudio. “Para hacer esto, sabía que tenía que ser reutilizable, adecuado para diferentes personas y fácil de fabricar”.
Kaveh codirigió el estudio con la estudiante de posgrado Caroline Schwendeman y colaboró con el laboratorio de Ana Arias en UC Berkeley para diseñar el auricular final en tres tamaños: pequeño, mediano y grande. El auricular incorpora múltiples electrodos en un diseño en voladizo que aplica una suave presión externa al canal auditivo y utiliza componentes electrónicos flexibles para garantizar un ajuste cómodo. La señal se lee a través de una interfaz electrónica inalámbrica personalizada de baja potencia.
En un artículo de 2020, los investigadores demostraron que estos auriculares pueden detectar varias señales fisiológicas, incluidos parpadeos, ondas cerebrales alfa y la respuesta auditiva de estado estable, que es la respuesta del cerebro al escuchar un tono constante. En el nuevo estudio, mejoraron el diseño del auricular e incorporaron aprendizaje automático para demostrar cómo se podría utilizar el auricular en aplicaciones del mundo real.
Como parte del experimento, pidieron a nueve voluntarios que usaran auriculares mientras realizaban una serie de tareas aburridas en una habitación oscura. Cada vez, se pidió a los voluntarios que calificaran su nivel de somnolencia y se midieron sus tiempos de reacción.
“Descubrimos que, aunque la calidad de la señal del auricular parecía ser pobre, aún podíamos clasificar el inicio del sueño con el mismo nivel de precisión que sistemas más complejos y voluminosos”, dijo Kaveh. Los auriculares mantienen su precisión a la hora de clasificar la somnolencia en usuarios nuevos, una característica de un dispositivo que puede funcionar “fuera de la caja”.
Muller, quien desarrolló el Ear EEG con el apoyo de una beca Bakker y un premio Bakker, continúa perfeccionando el diseño del dispositivo y explora otras aplicaciones potenciales, que pueden registrar señales más allá del EEG, como la frecuencia cardíaca, los movimientos oculares y el apretón de la mandíbula.
“Los auriculares inalámbricos son algo que ya usamos todo el tiempo”, dijo Muller. “Esto es lo que hace que el EEG de oído sea un método convincente para los dispositivos portátiles. No requiere nada adicional”.
Esta investigación fue financiada en parte por el Programa de Investigación de la Universidad Ford y un Premio Baker Spark.