Wearable Polygraph erfasst tiefe physiologische Stresssignale

Das leichte, bandagenartige Gert haftet sanft

Das leichte, bandagenartige Gert haftet sanft am Brustkorb und misst gleichzeitig Herzaktivitt, Atemmuster, Schwweireaktion, Blutfluss und Temperatur. Gemeinsam erfassen diese Signale eine Echtzeit-bersicht des gesamten Krpers ber den Stresszustand.

Durch die kontinuierliche berwachung mehrerer physiologischer Signale gleichzeitig kann das Gert rzten dabei helfen, Stress und potenzielles Unwohlsein bei Patienten  einschlielich Suglingen oder lterer Menschen  zu erkennen, die mglicherweise nicht in der Lage sind, sich zu uern; Schlafstrungen ohne aufwendige Laborausrstung zu diagnostizieren; die psychische Gesundheit im Zeitverlauf zu berwachen und sogar frhe Warnsignale fr medizinische Komplikationen zu erfassen.

Die Studie wird am Mittwoch (13. Mai) in der Zeitschrift Science Advances verffentlicht. „Manchmal zeigt der Körper Anzeichen, bevor eine Person dies bewusst wahrnimmt", sagte John A.

Technik und Auswirkungen

Rogers, der die Entwicklung des Geräts leitete. „Selbst wenn Menschen nicht erkennen, wie stark sie unter Druck stehen, wirkt sich Stress stillschweigend auf ihre Gesundheit aus. Langanhaltender Stress kann schwerwiegende haben, insbesondere für schwangere Mütter, Kinder und schwer kranke Patienten.

Die Fähigkeit, Stress anhand quantitativer Messwerte zu erfassen, könnte Menschen befähigen, stressreduzierende Maßnahmen zu ergreifen, die sich direkt positiv auf ihre Gesundheit auswirken." Wichtig ist, dass wir ein Gerät entwickelt haben, das konzeptionell einem Polygraphensystem ähnelt und auf biophysikalischen Körperreaktionen basiert, ohne auf chemische Biomarker in Körperflüssigkeiten angewiesen zu sein.

Rogers, ein weltweit anerkannter Pionier der Bioelektronik, ist Louis Simpson and Kimberly Querrey Professor für Materialwissenschaft und Ingenieurwesen, Biomedizinische Technik und Neurochirurgie an der Northwestern University, wo er Lehraufträge an der McCormick School of Engineering und der Northwestern University Feinberg School of Medicine innehat.

Zudem leitet er das Querrey Simpson

Zudem leitet er das Querrey Simpson Institute for Bioelectronics sowie das Querrey Simpson Institute for Translational Engineering and Advanced Medical Systems. Rogers ist gemeinsam mit Dr. Debra E.

Weese-Mayer, Beatrice Cummings Mayer Professor für pädiatrische autonome Medizin und Professor für Pädiatrie (Neurologie) an der Feinberg-Schule, sowie Jae-Young Yoo ät in Südkorea, Ko-Korrespondenzautor der Studie. Das Projekt begann als Anfrage ärzten am Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago.

Im Laufe der Jahre hat Rogers' Team eine Reihe drahtloser, tragbarer Elektroniksysteme für Säuglinge und Kinder entwickelt – zur Überwachung, zur Beobachtung, zur Behandlung angeborener Zustände und zur Diagnose ärzte Rogers, ein weiches, nicht-invasives Gerät zu entwickeln, das Stresslevel bei Babys während des Krankenhausaufenthalts kontinuierlich erfasst und überwacht, ohne dabei biochemische Stressmarker in Speichel oder Blut zu messen.

Derzeit basiert die Erfassung Säuglingen oft

Derzeit basiert die Erfassung Säuglingen oft darauf, was Pflegekräfte sehen und hören können – Weinen, Gesichtsausdrücke und Bewegungen – sowie auf grundlegenden Vitalparametern.

Doch diese Signale können subtil, inkonsistent oder sogar vollständig fehlen. „Stress wird häufig anhand ögen und Pflegebewertungen bewertet", sagte Rogers. „Die Einträge umfassen beispielsweise Tonhöhe und Lautstärke des Weins.

Säuglinge können ihre Schmerzintensität offensichtlich nicht selbst beschreiben." So ist die Bestimmung Säuglingen im Gegensatz zu Erwachsenen extrem schwierig.

Was die Studie zeigt

Wir wollten die Subjektivität dieser Bewertungen eliminieren." „Dieses neue Gerät verfolgt rund um die Uhr die Stresssignale des Körpers und hilft dabei, zu quantifizieren, wie lange jemand pro Tag gestresst ist und wie intensiv dieser Stress ist", sagte Weese-Mayer, langjährige Kollaboratorin. „Der Vorteil des Geräts besteht darin, dass sowohl Einzelpersonen als auch medizinische Fachkräfte nun Stress objektiv identifizieren und die Wirksamkeit ßnahmen zur Stressreduktion und Wiederherstellung eines gesunden Gleichgewichts in einer vollständig nicht-invasiven Weise überwachen können." Um dies zu erreichen, fanden Rogers und sein Team ihre Inspiration an einer überraschenden Stelle: dem Polygraphen.

Obwohl dieser umgangssprachlich als „Lügendetektor" bezeichnet wird, erfasst er tatsächlich keine Lügen. Stattdessen misst er die körperliche Reaktion auf Stress, die durch viele Faktoren ausgelöst werden kann, die nichts mit Täuschung zu tun haben. Rogers erkannte eine Chance, dieses Kernkonzept weiterzuentwickeln.

Allerdings zielte Rogers darauf ab, dieselben physiologischen Signale  und noch mehr  in einer umfassenderen, vollstndig integrierten, przisen und tragbaren Form zu erfassen, whrend herkmmliche Polygraphen auf eine Flickwerk aus sperrigen, kabelgebundenen Sensoren angewiesen sind.

Die daraus resultierende Technologie vereint mehrere

Die daraus resultierende Technologie vereint mehrere winzige Sensoren in einem einzigen, weichen Gert. Gemeinsam berwachen diese Sensoren kontinuierlich mehrere physiologische Signale, die alle reagieren, sobald der Krper Stress wahrnimmt.

Ein integrierter Bewegungssensor und ein Miniatur-Mikrofon erfassen subtile mechanische und akustische Signale vom Herzen und den Lungen. Weitere Sensoren messen die Hauttemperatur und den Wrmefluss, die mit der oberflchennahen Blutdurchblutung verbunden sind.

Ein weiterer Sensor erfasst nderungen der elektrischen Leitfhigkeit der Haut, die durch die Aktivitt der Schweidrsen verursacht werden  ein bekannter Indikator fr Stress. Die Messung Aufgabe, da sie mehrdimensional ist", sagte Rogers. Es ist nicht mglich, Stress zuverlssig zu bestimmen, indem man nur einen, zwei oder sogar drei bis vier Parameter misst." Eine breite Palette haben wir so viele Sensoren für physiologische Prozesse in diese Geräteplattform integriert, wie es unter Beibehaltung einer kompakten Bauweise und geringen Masse sowie ohne den Zugriff auf Bioflüssigkeiten möglich war.

Das System überträgt diese synchronisierten Datenströme

Das System überträgt diese synchronisierten Datenströme drahtlos an ein Smartphone, eine Smartwatch oder ein Tablet, wo maschinelles Lernen Muster, die mit Stress in Echtzeit verbunden sind, analysiert.

Mit einem Gewicht 8 Gramm (entsprechend acht Büroklammern) und einer Konstruktion, die sich natürlich mit der Haut bewegt, kann das Gerät kontinuierlich mehr als lang betrieben werden. Nach der Entwicklung des Systems hat das Team Vielzahl, darunter kontrollierte Experimente und reale Umgebungen.

Während simulierter Polygraph-Tests erfasste das tragbare Gerät präzise Stressreaktionen, die durch sensible Fragen ausgelöst wurden, und entsprach dabei eng den Messwerten kommerzieller Polygraph-Systeme. In kognitiven Tests, wie dem Verstehen, erkannte das Gerät deutliche Zunahmen stressbezogener Signale, je schwieriger die Aufgaben wurden.

Was die Studie zeigt

Die Ergebnisse stimmten mit gleichzeitigen, unabhängigen Messungen der Pupillenerweiterung überein, einer gängigen Methode zur Bestimmung Experiment legten Studienteilnehmer ihre Hände in eiskaltes Wasser, und das System erfasste koordinierte Veränderungen in der Herzaktivität, dem Atemrhythmus, den Schwitzen und den Temperatursignalen.

In pädiatrischen Schlafstudien identifizierte das tragbare Gerät wesentliche klinische Ereignisse, einschließlich Atemstörungen und nächtlicher Erwachens, mit einer Genauigkeit, die sich mit schlafmedizinischen Tests in Krankenhäusern messen lässt, jedoch bei weitem weniger Störungen verursachte.

Und schließlich zeigten sich während Notaufnahmen-Trainings mit Medizinstudierenden mit dem Gerät auffällige Muster.

Was die Studie zeigt

Teilnehmer mit stärkeren Stressreaktionen tendierten dazu, schlechter zu performieren, was darauf hindeutet, dass Stress die Entscheidungsfindung in hochbelastenden Situationen beeinträchtigen kann. „Letztendlich könnte das Gerät einem Nutzer oder Betreuer eine Warnung senden, sobald der Stresspegel einen bestimmten Schwellenwert erreicht", sagte Rogers. „Viele Menschen schätzen möglicherweise nicht vollständig, wie stark sie unter Stress stehen, und erkennen nicht, dass dies ihre Leistungsfähigkeit beeinträchtigt." Als nächstes strebt das Team an, seine Technologie über Validierungsstudien hinaus in einen breiteren klinischen Einsatz zu überführen.

Die nächsten Schritte umfassen die Erprobung des Geräts in größeren Patientengruppen, die Verfeinerung seiner Fähigkeit zur personalisierten Stresserkennung sowie die Integration in Krankenhaus- und häusliche Überwachungssysteme, um kontinuierliche, Echtzeit-Einblicke in die Gesundheit der Patienten zu ermöglichen.

Rogers untersucht zudem Möglichkeiten, weitere Sensoren in das Gerät zu integrieren, einschließlich der Fähigkeit, Gehirnaktivität zu messen. Die Einführung (EEG)-Funktionalitäten würde es dem Gerät ermöglichen, über die Messung der körperlichen Stressreaktion hinauszugehen und stattdessen zu erfassen, wie das Gehirn diesen Stress wahrnimmt.

Technik und Auswirkungen

Dies könnte Wissenschaftlern näher bringen, Stress – sogar im häuslichen Umfeld – und zu verstehen, wie er im Kontext gleichzeitig aufgezeichneter Stress-Biomarker erfahren wird. „Wir leben in stressreichen Zeiten, ohne ausreichende Maßnahmen, um Stress proaktiv zu erkennen", sagte Weese-Mayer. „Indem wir Stress – sei er umweltbedingt oder durch Krankheit ausgelöst – früher identifizieren, können wir Interventionen einleiten, bevor die Auswirkungen des Stresses irreversibel werden." Die Studie „Wireless, skin-interfaced multimodal sensing system for continuous psychophysiological monitoring — a wearable polygraph device" wurde vom Querrey Simpson Institute for Bioelectronics unterstützt.

Zentrale Fragen beantwortet: A: Technisch gesehen ja, doch dies ist nicht ihr Zweck. Während der Entwicklung validierten die Forscher das Gerät durch simulierte Polygraph-Tests und stellten fest, dass es kommerzielle Polygraphen in der Genauigkeit entsprach.

Allerdings wurde das Gert fr medizinische Umgebungen entwickelt, um krperlichen Stress zu erfassen, noch bevor eine Person ihn bewusst wahrnimmt. A: Es verwendet mehrere integrierte Miniatur-Sensoren.

Ein eingebautes Mikrofon und ein Bewegungssensor

Ein eingebautes Mikrofon und ein Bewegungssensor erfassen die mechanischen Akustiken, Temperatursensoren bewerten die Hauttemperatur und Vernderungen der oberflchennahen Durchblutung, und Sensoren zur elektrischen Leitfhigkeit verfolgen Mikroflssigkeiten aus der Aktivitt der Schweidrsen.

A: Derzeit ist die Bewertung Suglingen stark subjektiv und sttzt sich darauf, dass Pflegekrfte das Volumen oder die Tonlage des Weins eines Babys verfolgen.

Dieses Gert eliminiert das Raten, indem es rzten eine objektive, nicht-invasive, rund um die Uhr verfgbare Leistungsanzeige der genauen physiologischen Stressbelastung des Babys sowie der Wirksamkeit der Therapien liefert. Redaktionelle Hinweise: Dieser Artikel wurde News bearbeitet. Zustzlicher Kontext wurde.

Einordnung fuer Autofahrer

Über diese Neuigkeiten zu Stress- und Neurotechnologie-Forschung Autorin: Amanda Morris Quelle: Northwestern University Kontakt: Amanda Morris – Northwestern University Bild: Das Bild ist John A. Rogers/Northwestern University zugeordnet.

Ursprüngliche Forschung: Open Access. „Wireless, skin-interfaced multimodal sensing system for continuous psychophysiological monitoring – a wearable polygraph device", Tae Wan Park, Seunghee Cho, Tianyu Yang, Seonggwang Yoo, Khaytin Ilya, Jacie R.

McHaney, Jana Jaffe, Anisha Kshetrapal, Yue Wang, Yunyun Wu, Jan-Kai Chang, Jihun Park, Hak-Young Ahn, Min-Seung Jo, Jacob Trueb, Yei Hwan Jung, Seyong Oh, Sang Min Won, Debra E. Weese-Mayer, Jae-Young Yoo und John A. Rogers.

Was die Studie zeigt

Science Advances DOI:10.1126/sciadv.aed3162 Drahtloses, mit der Haut gekoppeltes multimodales Sensorsystem zur kontinuierlichen psychophysiologischen Überwachung – ein tragbares Polygraph-Gerät Die genaue und kontinuierliche Überwachung psychophysiologischer Zustände ist zentral für das Verständnis in unterschiedlichen medizinischen Kontexten.

Herkömmliche Verfahren wie die Polygraphie und die Polysomnographie stützen sich auf umständliche, kabelgebundene Sensoren, die den Nutzen in der realen Welt einschränken und Patienten, insbesondere schutzbedürftige Gruppen wie Säuglinge, belasten.

In diesem Beitrag stellen wir ein drahtloses, mit der Haut gekoppeltes multimodales Sensorsystem vor, das in zeitlich synchronisierter Weise gleichzeitig kardiale, respiratorische, elektrodermale und thermische Signale aufzeichnet.

Durch den Einsatz kompakter und weicher

Durch den Einsatz kompakter und weicher Konstruktionen ermöglicht die Technologie unauffällige Überwachung in kontrollierten, klinischen und natürlichen Umgebungen.

Validierungsstudien, die parallel zu Gold-Standard-Systemen durchgeführt wurden, zeigen eine hohe Genauigkeit bei der Quantifizierung während Polygraph-Interviews, kognitiver Belastungsaufgaben und Kältepressortests.

In pädiatrischen Schlafstudien identifizieren die Daten zuverlässig Arousals, Hypopnoe und Apnoe und offenbaren krankheitsspezifische autonome Signaturen bei Säuglingen mit Down-Syndrom.

Technik und Auswirkungen

Der Einsatz in der Praxis während des Trainings für Notfallsimulationen zeigt, dass multimodale Stresssignaturen invers mit der Leistung korrelieren, was den translationalen Wert in der medizinischen Ausbildung unterstreicht.

Maschinelle Lernanalysen in allen Studien bestätigen, dass multimodale Merkmale bei der Erkennung mit hoher Sensitivität und Spezifität überlegen sind gegenüber Ansätzen mit nur einem Signal.

Zusammenfassend etablieren diese Ergebnisse die Technologie als eine Plattform der nächsten Generation für Wearables, die ingenieurwissenschaftliche Innovation mit klinischer Praxis verbindet und mechanistische Einblicke sowie diagnostisches Potenzial in der Stressmedizin, Schlafmedizin und darüber hinaus bietet.