Новое исследование: «электронная татуировка» позволяет отслеживать уровень умственной нагрузки у сотрудников

Учёные из Техасского университета в Остине разработали инновационное устройство для измерения умственной нагрузки у специалистов, занятых в ответственных и высокооплачиваемых сферах. Это устройство — «электронная татуировка», которую размещают на лбу пользователя.

По мнению исследователей, такое решение может быть особенно полезным для пилотов, врачей и представителей других профессий, где важно контролировать когнитивную нагрузку.

«Для такого рода сценариев с высокими требованиями и высокими ставками мы надеемся в конечном итоге применить этот декодер умственной нагрузки в реальном времени, который сможет подавать сигналы, чтобы люди могли самостоятельно скорректировать работу или переложить её часть на ИИ или коллегу», — объясняет руководитель проекта Наншу Лу.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Device, отмечают, что традиционные методы оценки умственной нагрузки — в основном опросники — недостаточно точны. Люди не всегда способны объективно оценить свои когнитивные усилия, а сами опросы проводятся уже после выполнения задач.

Существующие системы ЭЭГ и ЭОГ тоже имеют ограничения: они громоздки, требуют проводного подключения и подвержены ошибкам из-за движений пользователя.

В отличие от них, «электронная татуировка» — это лёгкое, гибкое, беспроводное устройство, выполненное из графитового проводящего материала. Оно фиксируется на лбу при помощи специальной клеящей плёнки. На лбу размещаются четыре ЭЭГ-электрода для анализа мозговой активности, а контрольный электрод — за ухом. Электроды ЭОГ вокруг глаз отслеживают движения глаз. Все элементы гибкие и одноразовые, но соединяются с многоразовой печатной платой, включающей модули питания, аналоговый интерфейс, преобразователь сигнала и Bluetooth-модуль.

Испытания показали, что устройство столь же эффективно, как и стандартные ЭЭГ/ЭОГ-системы. В эксперименте участвовали шесть человек. Им показывали на экране буквы, появлявшиеся в разных местах, и просили нажимать кнопку, если символ или его положение совпадали с предыдущими. Сложность варьировалась по четырём уровням, от 0 до 3.

Результаты показали, что с увеличением сложности задачи менялся характер мозговых волн, указывая на рост умственной нагрузки.

Кроме того, данные ЭЭГ и ЭОГ были обработаны с помощью алгоритма машинного обучения. После обучения модель научилась точно предсказывать уровень когнитивной нагрузки, основываясь только на биосигналах.

По словам Лу, стоимость устройства (включая чип и аккумулятор) составит менее $200. Сейчас команда работает над интеграцией декодирования сигналов в микропроцессор, который будет передавать данные в мобильное приложение. Оно сможет предупреждать пользователя о перегрузке мозга.

«Предыдущие исследования показали, что оптимальная умственная производительность достигается, когда умственная нагрузка не слишком низкая и не слишком высокая. Когда она слишком низкая, это очень скучно, и люди просто теряют концентрацию», — пояснил Лу.

К слову, ещё в 2022 году та же исследовательская группа представила аналогичную татуировку для непрерывного контроля артериального давления. Тогда сенсор размещался на запястье и использовал биоимпеданс для получения данных, а специальный алгоритм машинного обучения помогал интерпретировать результаты.