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Todo mundo fica com sono no trabalho de vez em quando, especialmente depois de um grande almoço. Mas para pessoas cujos empregos envolvem dirigir ou trabalhar com máquinas pesadas, a sonolência pode ser extremamente perigosa — se não completamente mortal. Dirigir com sono contribui para centenas de acidentes fatais de veículos nos EUA a cada ano, e o National Safety Council citou a sonolência como um risco crítico na construção e mineração.
Para ajudar a proteger motoristas e operadores de máquinas dos perigos de adormecer, engenheiros da Universidade da Califórnia, Berkeley, criaram protótipos de fones de ouvido que podem detectar sinais de sonolência no cérebro.
Os fones de ouvido detectam ondas cerebrais da mesma forma que um eletroencefalograma (EEG), um teste que os médicos usam para medir a atividade elétrica no cérebro. Enquanto a maioria dos EEGs detecta ondas cerebrais usando uma série de eletrodos presos à cabeça, os fones de ouvido fazem isso usando eletrodos embutidos que são projetados para fazer contato com o canal auditivo.
Os sinais elétricos detectados pelos fones de ouvido são menores do que aqueles captados por um EEG tradicional. No entanto, em um novo estudo, os pesquisadores mostram que sua plataforma Ear EEG é sensível o suficiente para detectar ondas alfa, um padrão de atividade cerebral que aumenta quando você fecha os olhos ou começa a adormecer.
“Fiquei inspirado quando comprei meu primeiro par de AirPods da Apple em 2017. Pensei imediatamente: ‘Que plataforma incrível para gravação neural’”, disse o autor sênior do estudo Rikky Muller, professor associado de engenharia elétrica e ciências da computação na UC Berkeley. “Acreditamos que essa tecnologia tem muitos usos potenciais e que classificar a sonolência é um bom indicador de que a tecnologia pode ser usada para classificar o sono e até mesmo diagnosticar distúrbios do sono.”
Usar um fone de ouvido como eletrodo de EEG apresenta uma variedade de desafios práticos. Para obter um EEG preciso, os eletrodos precisam fazer bom contato com a pele. Isso é relativamente fácil de conseguir em EEGs tradicionais, que usam eletrodos de metal planos presos ao couro cabeludo. No entanto, é muito mais complicado projetar um fone de ouvido que se encaixe perfeitamente — e confortavelmente — em uma ampla variedade de tamanhos e formatos de ouvido.
Quando a equipe de Muller começou a trabalhar no projeto, outros grupos que desenvolviam plataformas de EEG de ouvido estavam usando géis de eletrodos úmidos para garantir uma boa vedação entre o fone de ouvido e o canal auditivo, ou criando fones de ouvido moldados sob medida para cada usuário individual. Ela e sua equipe queriam projetar um modelo que fosse seco e genérico para o usuário, para que qualquer um pudesse colocá-los nos ouvidos e obter leituras confiáveis.
“Meu objetivo pessoal era tentar fazer um dispositivo que pudesse ser usado todos os dias por alguém que realmente se beneficiaria dele”, disse Ryan Kaveh, um acadêmico de pós-doutorado da UC Berkeley e co-primeiro autor do estudo. “Para fazer isso, eu sabia que ele teria que ser reutilizável, se adaptar a uma variedade de pessoas e [be] fácil de fabricar.”
Kaveh coliderou o estudo com a estudante de pós-graduação Carolyn Schwendeman e colaborou com o laboratório de Ana Arias na UC Berkeley para projetar o fone de ouvido final em três tamanhos: pequeno, médio e grande. O fone de ouvido incorpora vários eletrodos em um design em balanço que aplica pressão suave para fora no canal auditivo e usa componentes eletrônicos flexíveis para garantir um ajuste confortável. Os sinais são lidos por meio de uma interface eletrônica sem fio personalizada e de baixo consumo de energia.
Em um artigo de 2020, os pesquisadores mostraram que esses fones de ouvido podem detectar uma série de sinais fisiológicos, incluindo piscar de olhos, ondas cerebrais alfa e a resposta auditiva de estado estável, que é a resposta do cérebro ao ouvir um tom estável. No novo estudo, eles melhoraram o design do fone de ouvido e incorporaram aprendizado de máquina para demonstrar como os fones de ouvido poderiam ser usados em uma aplicação do mundo real.
Como parte do experimento, eles pediram a nove voluntários para usar os fones de ouvido enquanto faziam uma série de tarefas chatas em uma sala escura. De vez em quando, os voluntários eram solicitados a classificar seu nível de sonolência, e seus tempos de resposta eram medidos.
“Descobrimos que, mesmo quando a qualidade do sinal dos fones de ouvido parecia pior, ainda podíamos classificar o início da sonolência com o mesmo nível de precisão de sistemas muito mais complicados e volumosos”, disse Kaveh. Os fones de ouvido também mantêm sua precisão ao categorizar a sonolência em usuários novos, uma característica de dispositivos que podem funcionar ‘prontos para uso’.
Muller, que desenvolveu o EEG de ouvido com o apoio da Bakar Fellowship e do Bakar Prize, continua a refinar o design e a explorar outras aplicações potenciais do dispositivo, que também pode registrar sinais além do EEG, como batimentos cardíacos, movimentos oculares e contrações da mandíbula.
“Fones de ouvido sem fio são algo que já usamos o tempo todo”, disse Muller. “É isso que torna o Ear EEG uma abordagem tão atraente para wearables. Ele não requer nada extra.”
Este estudo foi apoiado em parte pelo Programa de Pesquisa da Universidade Ford e pelo Prêmio Bakar Spark.
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