Les chercheurs de NYU Tandon ont franchi une étape clé dans leur quête pour développer une technologie portable qui parvient à mesurer les mécanismes cérébraux clés à travers la peau.
Rose Faghih, professeur agrégé de génie biomédical, travaille depuis sept ans sur une technologie capable de mesurer l’activité mentale à l’aide de l’activité électrodermique (EDA) – ; un phénomène électrique de la peau qui est influencé par l’activité cérébrale liée à l’état émotionnel. Les stress internes, qu’ils soient causés par la douleur, l’épuisement ou un emploi du temps particulièrement chargé, peuvent entraîner des modifications de l’EDA – ; changements qui sont directement corrélés aux états mentaux.
L’objectif primordial – ; un décodeur d’état cérébral intelligent non invasif multimodal pour les arcHitectures en boucle fermée adaptatives portables, ou MINDWATCH, comme l’appelle Faghih ; agirait comme un moyen de surveiller l’état mental d’un porteur et offrirait des coups de pouce qui l’aideraient à revenir à un état d’esprit plus neutre. Par exemple, si une personne subissait un épisode particulièrement grave de stress lié au travail, le MINDWATCH pourrait le détecter et jouer automatiquement de la musique relaxante.
Maintenant Faghih – ; avec Rafiul Amin, son ancien doctorant -; a accompli une tâche cruciale nécessaire au suivi de ces informations. Pour la première fois, ils ont développé un nouveau moteur d’inférence capable de surveiller l’activité cérébrale à travers la peau en temps réel avec une évolutivité et une précision élevées. Les résultats sont présentés dans un nouvel article, « Physiological Characterization of Electrodermal Activity Enables Scalable Near Real-Time Autonomic Nervous System Activation Inference », publié dans Biologie computationnelle PLOS.
Déduire l’activation du système nerveux autonome à partir d’appareils portables en temps réel ouvre de nouvelles opportunités pour surveiller et améliorer la santé mentale et l’engagement cognitif. »
Rose Faghih, professeure agrégée de génie biomédical
Les méthodes précédentes mesurant l’activation du système nerveux sympathique à travers la peau prenaient quelques minutes, ce qui n’est pas pratique pour les appareils portables. Alors que ses travaux antérieurs se concentraient sur la déduction de l’activité cérébrale par l’activation de la sueur et d’autres facteurs, la nouvelle étude modélise en outre les glandes sudoripares elles-mêmes. Le modèle comprend une représentation 3D de l’espace d’état de la sécrétion directe de sueur via l’ouverture des pores, ainsi que la diffusion suivie de l’évaporation et de la réabsorption correspondantes. Ce modèle détaillé des glandes fournit un aperçu exceptionnel pour déduire l’activité cérébrale.
Le nouveau modèle a été exécuté sur les données de 26 individus en bonne santé. Les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient déchiffrer les signaux cérébraux avec une grande fiabilité. De plus, la puissance de calcul requise par leur nouvel algorithme est minime et peut obtenir des informations cérébrales et physiologiques en quelques secondes alors qu’une autre approche précédente prendrait quelques minutes. Cela signifie qu’une petite technologie de surveillance portable capable d’une vitesse incroyable, d’une grande évolutivité et d’une fiabilité extraordinaire est à portée de main.
L’impact et les applications plus larges de la méthodologie comprennent la surveillance des performances, la surveillance de la santé mentale, la mesure de la douleur et du stress cognitif. Le suivi de la santé mentale peut aider à mieux gérer l’autisme, les troubles de stress post-traumatique, l’irritabilité excessive, la tendance suicidaire, etc. Le suivi des performances et le suivi du stress cognitif peuvent aider à améliorer la productivité et la qualité de vie individuelles.
« La performance change en fonction de son engagement cognitif et de son niveau d’excitation. » dit Faghih. Par exemple, des niveaux d’excitation très faibles ou très élevés peuvent entraîner de mauvaises performances. Par conséquent, il est prévu que. En fin de compte, les chercheurs peuvent utiliser l’activation déduite du système nerveux autonome et l’excitation décodée pour développer des interventions visant à améliorer la productivité. »
Un exemple d’application de cette méthode est le diagnostic précoce de troubles comme la neuropathie diabétique. Les petits nerfs transmettent la stimulation cérébrale à de nombreuses parties du corps, y compris celles liées à la réponse de conductance cutanée. Pour suivre l’activité cérébrale reçue, l’EDA peut être mesurée et surveillée régulièrement dans les zones cutanées du corps sujettes à la neuropathie. Si une zone de la peau présente une neuropathie (c’est-à-dire que de minuscules nerfs ont été endommagés), le cerveau n’activera pas cette zone. En surveillant les changements, les médecins peuvent voir comment une maladie comme la neuropathie diabétique progresse et peut entraîner des changements dans les plans de traitement.
Un autre exemple est celui d’un nouveau-né souffrant de douleurs extrêmes à la suite d’une intervention chirurgicale, qui ne peut pas exprimer son degré de souffrance. Les médecins peuvent utiliser les enregistrements EDA et déduire l’activité cérébrale pour évaluer la douleur du nourrisson et intervenir au besoin.
Pour Faghih, ce travail pourrait représenter une percée pour les soins de santé mentale. La surveillance de l’état mental des personnes vulnérables pourrait les aider à obtenir des soins plus efficaces et à prévenir les conséquences graves d’une santé mentale en déclin ou de sautes d’humeur.
Son équipe travaille actuellement sur les moyens d’intégrer le modèle dans les appareils portables, y compris l’élimination du « bruit » informationnel causé par des facteurs tels que les mouvements et l’exercice robustes, ainsi que la recherche de partenariats potentiels pour concevoir et fabriquer les appareils qui transporteraient l’algorithme.
Cette recherche a été financée par un prix CAREER de la National Science Foundation.
