Носимый на теле полиграф отслеживает скрытый стресс

Инженеры Северо-Западного университета разработали небольшой полиграф, который можно носить на себе. В отличие от полиграфов, которые используются в детективных сериалах, эта носимая версия не предназначена для выявления лжи. Вместо этого инженеры и врачи разработали ее для определения стресса, сокрытого глубоко в теле – для этого не требуется комната для допросов.

Легкое устройство, похожее на повязку, мягко прилегает к груди, где одновременно измеряет сердечную активность, дыхание, потоотделение, кровоток и температуру.

В совокупности эти сигналы позволяют получить представление о состоянии всего тела в режиме реального времени.

Непрерывно отслеживая множество физиологических сигналов одновременно, устройство может помочь врачам выявлять стресс и потенциальный дискомфорт у пациентов, включая младенцев или пожилых людей, которые не могут сообщить о своем состоянии, диагностировать нарушения сна без громоздкого лабораторного оборудования, контролировать психическое здоровье с течением времени и даже выявлять ранние признаки осложнений.

Исследование опубликовано в журнале Научные достижения (Science Advances).

“Иногда тело проявляет признаки стресса еще до того, как человек это осознает”, – говорит Джон А. Роджерс из Северо-Западного университета, возглавлявший разработку устройства.

“Даже если люди не осознают, под каким давлением они находятся, стресс незаметно сказывается на их здоровье. Длительный стресс может иметь неблагоприятные последствия, особенно для беременных матерей, детей и тяжелобольных пациентов пациентов. Возможность отслеживать уровень стресса с помощью количественных измерений дает людям возможность предпринимать действия по снятию стресса, которые напрямую принесут пользу их здоровье. Важно отметить, что мы стремились разработать устройство, концептуально похожее на полиграф, которое работает на основе биофизических реакций тела и не требует доступа к химическим биомаркерам, содержащимся в биологических жидкостях.”.

Голос в защиту уязвимых слоев населения

Проект начался с просьбы педиатров из Детской больницы имени Энн и Роберта Х. Лури в Чикаго. За прошедшие годы команда Роджерса разработала набор беспроводных носимых электронных устройств для младенцев и детей младшего возраста для отслеживания жизненно важных показателей, мониторинга заболеваний, лечения врожденных патологий и диагностики болезней. Теперь педиатры попросили Роджерса создать мягкое, неинвазивное устройство для обнаружения и непрерывного отслеживания уровня стресса у младенцев на протяжении всего пребывания в больнице, без измерения биохимических показателей стресса в слюне и крови.

В настоящее время выявление стресса у младенцев часто зависит от того, что могут видеть и слышать те, кто за ними ухаживает – плач, мимику и движения – наряду с основными показателями жизнедеятельности. Но эти сигналы могут быть едва заметными, противоречивыми или даже полностью отсутствовать.

“Стресс часто оценивается с помощью анкет и оценок медсестер”, – говорит Роджерс. “В записях указываются такие параметры, как тональность и громкость плача. Очевидно, что младенцы не могут описать степень своей боли. Поэтому, в отличие от взрослых, определение уровня стресса у младенцев может быть невероятно сложной задачей. Мы хотели исключить субъективность из этих оценок”.

“Это новое устройство круглосуточно отслеживает сигналы тела о стрессе, помогая определить, как долго человек испытывает стресс каждый день и насколько он интенсивен”, – говорит Дебра Уиз-Майер, давняя сотрудница Роджерса, которая является профессором детской автономной медицины и профессором педиатрии (неврологии). “что теперь и люди, и медицинские работники могут выявлять стресс и объективно отслеживать эффективность мер по его снижению и восстановление здорового баланса, абсолютно неинвазивным способом”.

Комплексное измерение стресса

Для создания этого устройства Роджерс и его команда нашли вдохновение в в неожиданном месте – полиграфах. Хотя в просторечии их называют “детекторами лжи”, на самом деле они не выявляют ложь. Они измеряют реакцию тела на стресс, которая может быть вызван многими факторами, помимо обмана. Роджерс увидел возможность развить эту идею. Однако в то время как традиционные полиграфы состоят из множества громоздких проводных датчиков, Роджерс стремился уловить те же физиологические сигналы – и даже больше – с помощью более комплексного, полностью интегрированного, точного и носимого устройства.

В результате была разработана технология, объединяющая несколько крошечных датчиков в одном мягком устройстве. Вместе эти датчики непрерывно отслеживают множество физиологических сигналов, каждый из которых является реакцией тела на стресс. Встроенный датчик движения и миниатюрный микрофон улавливают едва заметные механические и акустические сигналы, поступающие от сердца и легких. Другие датчики определяют температуру кожи и тепловой поток, связанный с приповерхностным кровообращением.

А еще один датчик измеряет изменения в электропроводности кожи, вызванные активностью потовых желез – хорошо известный маркер стресса.

“Измерение стресса – сложная задача, потому что стресс многомерен”, – говорит Роджерс. “Невозможно достоверно определить уровень стресса, измеряя только один или два, или даже три или четыре параметра. Необходим широкий спектр факторов. Поэтому мы встроили в эту платформу как можно больше датчиков для измерения физиологических процессов, сохранив при этом компактные размеры и легкую конструкцию и избежав необходимости доступа к биожидкостям”.

Система по беспроводной сети передает эти синхронизированные потоки данных на смартфон, умные часы или планшет, где алгоритмы машинного обучения в режиме реального времени анализируют закономерности, связанные со стрессом. Устройство весит менее 8 граммов (это примерно как восемь скрепок), а его конструкция позволяет ему естественным образом двигаться вместе с кожей, обеспечивая непрерывную работу более 24 часов.

Система по беспроводной сети передает эти синхронизированные потоки данных на смартфон, смарт-часы или планшет, где алгоритмы машинного обучения анализируют закономерности, связанные со стрессом, в режиме реального времени. Автор: Джон А. Роджерс/Северо-Западный университет

Проверено на практике в реальных сценариях

После разработки системы команда Роджерса протестировала ее в различных сценариях, в том числе в контролируемых экспериментах и в реальных условиях. Во время имитационных полиграфических тестов носимое устройство точно фиксировало стрессовые реакции, вызванные деликатными вопросами, и результаты измерений практически совпадали с показаниями, полученными с помощью коммерческих полиграфов,

В когнитивных тестах, таких как понимание речи в шумной обстановке, устройство зафиксировало явное увеличение сигналов, связанных со стрессом, по мере повышения сложности задач.

Результаты совпали с одновременными независимыми измерениями расширения зрачков – распространенным методом определения уровня стресса.

В другом эксперименте участники исследования опускали руки в ледяную воду, и система регистрировала скоординированные изменения в сердечной деятельности, характере дыхания, реакции потоотделения и температурных сигналах. В исследованиях детского сна носимое устройство выявляло ключевые клинические показатели, включая нарушения дыхания и ночные пробуждения, с точностью, сопоставимой с больничными тестами сна, но с гораздо меньшим количеством нарушений.

И, наконец, во время учебных занятий в отделении неотложной помощи со студентами-медиками устройство выявило поразительную закономерность. Участники с более выраженной реакцией на стресс, как правило, показывали худшие результаты. Это позволяет предположить, что стресс может ухудшать принятие решений в стрессовых ситуациях.

“В конечном итоге устройство может отправлять пользователю или тому, кто за ним ухаживает, оповещение, когда уровень стресса достигает определенного предела”, – говорит Роджерс. “Многие люди могут не в полной мере осознавать уровень стресса, которому они подвергаются, и не осознавать, что это влияет на их работоспособность”.

Что дальше

Далее команда планирует вывести свою технологию за рамки валидационных исследований и внедрить ее в более широкий спектр клинического применения. Следующие шаги будут включать тестирование устройства на больших группах пациентов, совершенствование его способности к персонализированному обнаружению стресса и интеграцию его в больничные и домашние системы мониторинга в больницах и на дому, чтобы обеспечить непрерывную информацию о состоянии здоровья пациентов в режиме реального времени.

Роджерс также изучает возможности установки в устройство еще большего количества датчиков, включая возможность измерения мозговой активности. Добавление возможностей электроэнцефалограммы (ЭЭГ) позволит устройству выйти за рамки измерения реакции организма на стресс и начать фиксировать, как мозг воспринимает этот стресс. Это может приблизить ученых к разграничению стресса и боли – даже в домашних условиях – и к пониманию того, как они воспринимаются в контексте одновременно регистрируемых биомаркеров стресса.

“Мы живем в стрессовые времена, и у нас нет достаточных мер для упреждающего выявления стресса”, – говорит Визе-Майер. “Выявляя стресс – на ранних стадиях, мы можем принять меры еще до того, как последствия стресса станут необратимыми”.

Подпишитесь на сайт Психолог в интернете
в Telegram, ВКонтакте или в MAX
Помощь психолога