U najnovijem u nizu inovativnih dizajna za nosive senzore koji koriste znoj za identifikaciju i merenje fizioloških stanja, Vei Gao sa Caltecha, docent medicinskog inženjerstva, osmislio je „elektronsku kožu“ koja kontinuirano prati devet različitih markera koji karakterišu odgovor na stres. .
Oni koji nose ovu elektronsku kožu – mali, tanak lepak koji se nosi na zglobu, nazvan CARES (konsolidovana elektronska koža ojačana veštačkom inteligencijom) – mogu slobodno da se bave svim svojim normalnim dnevnim aktivnostima uz minimalne smetnje tokom testiranja, što omogućava merenje i osnovnog i akutnog nivoa stresa.
Rad koji opisuje CARES uređaj pod naslovom „Elektronska koža sa fizičko-hemijskim senzorom za praćenje odgovora na stres“ objavljen je u izdanju časopisa Nature Electronics od 19. januara.
Stres je klizav koncept. Govorimo o „osećanju stresa“ ili o situaciji „koja je stresna“, a stres možemo povezati sa fizičkim simptomima: „Imam glavobolju od stresa“ ili „Škrgućem zubima noću. Mora da je stres“. Termin stres se može primeniti na sve vrste osećanja, simptoma, ponašanja i iskustava.
Hans Selije, lekar i hemičar rođen u Beču 1907. godine, prvi je definisao stres kao medicinsko stanje. Zatečen sličnim pritužbama – kao što su umor, nizak apetit i nedostatak motivacije – koje je čuo od pacijenata koji pate od veoma različitih bolesti, Selje je spekulisao da svi pacijenti reaguju na ono što im je zajedničko: da su bolesni. On je definisao stres kao „nespecifičan odgovor tela na bilo koji zahtev“.
Stres se može doživeti pozitivno kao uzbuđenje ili energija, ili negativno kao šok ili anksioznost. Ali koliko god da se stres doživljava emocionalno, sada je široko prihvaćeno da u zavisnosti od njegove težine i trajanja, i akutni i hronični stres mogu oštetiti naše fizičko i mentalno zdravlje i smanjiti našu sposobnost da funkcionišemo kako bismo želeli.
Pošto je stres, kako ga je Selije opisao, „nespecifičan“, ne postoji nijedan dostupan biomarker koji bi nam definitivno rekao da li je i koliko je osoba pod stresom. Međutim, stres generiše konstelaciju telesnih reakcija koje, uzete zajedno, mogu obezbediti meru stresa nezavisno od samoprocena. Gao prati ovo sazvežđe pomoću CARES-a.
„Kada je osoba pod stresom, hormoni poput epinefrina, norepinefrina i kortizola se oslobađaju u krvotok“, objašnjava Gao, koji je takođe istraživač Instituta za medicinska istraživanja Heritidž i stipendista Ronalda i DžoAn Vilens.
„Znoj postaje bogat metabolitima kao što su glukoza, laktat i mokraćna kiselina i elektrolitima kao što su natrijum, kalijum i amonijum. To su supstance koje smo izmerili pre upotrebe mikrofluidnog uzorkovanja na senzoru za znojenje koji se nosi.
„Ono što je novo u CARES-u je to što su senzori za znojenje integrisani sa senzorima koji beleže talasne oblike pulsa, temperaturu kože i galvanski odgovor kože: fiziološke signale koji takođe ukazuju na stres na predvidljive načine“, kaže Gao.
Novi materijali dodatno poboljšavaju performanse CARES-a. Iako su se prethodno korišćeni materijali za senzore znoja mogli efikasno proizvoditi putem inkjet štampe i bili su sposobni za precizno merenje čak i veoma oskudnih jedinjenja, materijali su se postepeno raspadali u prisustvu telesnih tečnosti. Uvođenje jedinjenja na bazi nikla pomaže u stabilizaciji senzora zasnovanih na enzimima, kao što su oni koji detektuju laktat ili glukozu, kao i novi polimer koji je dodat senzorima zasnovanim na jonima, koji detektuju biomarkere kao što su natrijum ili kalijum.
„Dodavanje ovih novih materijala u velikoj meri poboljšava stabilnost senzora tokom dugotrajnog rada“, izveštava Gao. Kao i prethodni senzori za znojenje, CARES može da se napaja baterijama i može bežično da komunicira sa telefonom ili računarom preko Bluetooth-a.
Još jedna važna inovacija sa CARES-om je dodatak mašinskog učenja. Pošto stres dolazi u mnogo različitih oblika i stimuliše složen odgovor koji utiče na mnoge različite telesne sisteme, tačno tumačenje obilja podataka ključno je za korisnost CARES-a i drugih senzora.
Eksperimenti koji izazivaju stres kod ispitanika koji nose CARES uređaj pokazali su da senzor precizno meri međusobnu povezanost fizioloških (kao što je puls) i hemijskih (kao što je glukoza) biomarkera. Subjekti su takođe odgovarali na upitnike kako bi sami prijavili svoja osećanja anksioznosti i psihološkog stresa pre i posle izlaganja stresnim situacijama kao što su energična vežba ili intenzivna video igra.
Podaci su pokazali jasne korelacije između samoprijavljivanja stresa i njegovih fizičko-hemijskih korelacija koje je izmerio CARES.
„Visoki nivoi stresa i anksioznosti uzrokovani zahtevnim radnim okruženjem, poput onih koje doživljavaju vojnici ili astronauti, mogu značajno da utiču na performanse“, primećuje Gao. „Rano otkrivanje ozbiljnosti stresa omogućava blagovremenu intervenciju. Naš nosivi senzor, u kombinaciji sa mašinskim učenjem, ima potencijal da pruži uvid u nivo stresa u realnom vremenu.“
