该研究作者、德克萨斯大学奥斯汀分校(UT Austin)的吕楠姝表示:"技术发展速度远超人类进化。我们的大脑容量难以跟上节奏,极易过载。每个人都存在一个实现最佳表现的最适脑力负荷值。"
人类在"认知金发区"(既不过载也不厌倦的状态)表现最佳。找到这种平衡是实现最优表现的关键。目前的脑力负荷评估依赖NASA任务负荷指数——参与者完成任务后需填写冗长的主观问卷。
电子纹身通过分析脑电活动(EEG)和眼动电信号(EOG)提供客观替代方案。与传统EEG帽(配备笨重线缆且需涂抹导电胶)不同,这款无线电子纹身由轻量电池组和纸薄贴片式传感器构成。传感器采用波浪形环状线圈设计,可拉伸并完美贴合皮肤,确保舒适性与信号清晰度。
吕楠姝指出:"令人惊讶的是,传统EEG帽虽配备更多传感器覆盖不同脑区,却因头型差异始终无法获取完美信号。我们通过测量参与者面部特征定制个性化电子纹身,确保传感器始终精准定位并接收信号。"
研究人员在六名完成逐级难度记忆挑战的参与者身上测试电子纹身。随着脑负荷增加,θ波和δ波活动增强(表明认知需求上升),α波和β波活动减弱(反映脑疲劳)。结果表明该设备能捕捉大脑的"挣扎时刻"。
该设备不仅能检测还能预测脑疲劳。研究人员训练计算机模型根据电子纹身信号评估脑负荷水平,成功区分不同层级的脑力负荷。实验证实该设备具备预测脑疲劳的潜力。
成本是另一优势:传统EEG设备超15,000美元,而电子纹身芯片电池组仅200美元,一次性传感器单价约20美元。合著者Luis Sentis表示:"低成本使设备更普及。我的愿景是将电子纹身变成可居家使用的产品。"
虽然当前电子纹身仅适用于无毛皮肤,团队正研发与适用于毛发的墨水传感器结合技术。这将实现全头部覆盖和更全面的脑部监测。随着机器人及新技术加速进入工作与生活场景,团队希望该技术能深化人机交互理解。
Sentis强调:"我们长期监测员工肌肉劳损等身体健康,如今首次具备追踪脑疲劳的能力。这将从根本上改变机构保障员工整体健康的方式。"
Story Source:
Materials provided byCell Press.Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
Heeyong Huh, Hyonyoung Shin, Hongbian Li, Kazuma Hirota, Carolyn Hoang, Shrikar Thangavel, Matthew D’Alessandro, Kathryn A. Feltman, Luis Sentis, Nanshu Lu.A wireless forehead e-tattoo for mental workload estimation.Device, 2025; 100781 DOI:10.1016/j.device.2025.100781
2025-07-01
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