Ученые создали носимый полиграф для выявления скрытого стресса

Легкое устройство, похожее на пластырь, крепится на груди и измеряет сердечный ритм, характер дыхания, потоотделение, кровоток и температуру тела. Собранные вместе, эти показатели дают целостную картину состояния организма в реальном времени, передает doi.org

Разработка описана в журнале Science Adva]nces. Предназначена она прежде всего для пациентов, которые не могут пожаловаться — младенцев или пожилых людей. Кроме того, прибор может диагностировать нарушения сна без громоздкого лабораторного оборудования, отслеживать психическое здоровье в динамике и даже улавливать ранние признаки медицинских осложнений.

«Иногда организм проявляет признаки стресса еще до того, как человек сам его осознает. Даже если люди не отдают себе отчета, в каком напряжении находятся, стресс потихоньку подтачивает их здоровье. Длительный стресс может иметь тяжелые последствия, особенно для будущих матерей, детей и тяжелобольных. 

Возможность количественной оценки стресса поможет людям предпринимать своевременные меры для его смягчения. Наш прибор концептуально напоминает полиграф, отслеживающий биофизические реакции тела, без необходимости доступа к химическим биомаркерам в биологических жидкостях», — говорит Джон А. Роджерс из Северо-Западного университета, руководивший исследованием.

Идею подали педиатры детской больницы в Чикаго, с которыми разработчики давно сотрудничают. Они попросили создать мягкий неинвазивный датчик, который мог бы выявлять и постоянно отслеживать уровень стресса у младенцев во время пребывания в лечебнице, поскольку оценка состояния маленьких пациентов по косвенным признакам — плачу, мимике, движениям — необъективна.

«Новое устройство круглосуточно регистрирует сигналы стресса в теле, помогая объективно измерить, сколько часов в день человек испытывает напряжение и насколько интенсивен этот стресс. Преимущество прибора в том, что и сам пациент, и его лечащий врач теперь могут выявить стресс и абсолютно объективно оценить эффективность мер, направленных на его снижение и восстановление здорового равновесия, — и все это неинвазивно», — подчеркивает профессор Дебра Уиз-Майер, соавтор разработки.

Неожиданный источник вдохновения

В результате получился небольшой прибор, в котором:

• встроенный датчик движения и миниатюрный микрофон улавливают тонкие механические и акустические сигналы сердца и легких;
• другие сенсоры регистрируют температуру кожи и тепловой поток, связанный с подкожным кровообращением;
• еще один датчик измеряет изменения электропроводности кожи, вызванные потоотделением.

Снятые устройством данные передаются на смартфон, умные часы или планшет для расшифровки алгоритмами машинного обучения. Прибор весит меньше 8 граммов, естественно движется вместе с кожей и может работать без перерыва более 24 часов.

Испытания в деле

Полиграф проверили в самых разных условиях — от контролируемых экспериментов до реальных жизненных ситуаций. Во-первых, он работает так же, как и «прародитель» — фиксирует реакцию на неудобные вопросы.

В когнитивных тестах (например, при разборе речи в шумной обстановке) прибор четко регистрировал нарастание стресс-сигналов по мере усложнения заданий. Результаты соответствовали независимым измерениям расширения зрачков — распространенному методу определения стресса.

В другом эксперименте участники опускали руки в ледяную воду, и система фиксировала согласованные изменения сердечной активности, дыхания, потоотделения и температуры. В педиатрических исследованиях сна носимое устройство определяло нарушения дыхания и ночные пробуждения с точностью, сравнимой с больничными тестам, но гораздо реже нарушая сам сон.

И наконец, на учебных занятиях по неотложной помощи с участием студентов-медиков прибор выявил поразительную закономерность: участники с более сильной стрессовой реакцией, как правило, хуже справлялись с заданиями. Это наводит на мысль, что стресс может ухудшать принятие решений в критических ситуациях.

Что дальше

«В перспективе устройство сможет посылать сигнал тревоги пользователю или ухаживающему за ним лицу, когда уровень стресса достигнет определенного предела. Многие люди не вполне осознают степень своего напряжения и могут не замечать, как оно сказывается на их эффективности», — резюмирует Роджерс.

Команда намерена вывести технологию за рамки проверочных исследований и начать широко применять ее в клинической практике. В планах также добавить функцию электроэнцефалографии, чтобы отслеживать не только стресс, но и реакцию мозга на него. Это могло бы приблизить ученых к различению стресса и боли, даже в домашних условиях.