该研究的作者、德克萨斯大学奥斯汀分校(UT Austin)的Nanshu Lu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,极易超负荷运转。每个人存在实现最佳表现的最优脑力负荷值,这个数值因人而异。"
人类在认知金发姑娘区(既不过载也不无聊的状态)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,这是一份参与者完成任务后需填写的冗长主观问卷。
这款电子纹身贴通过分析大脑电活动(脑电图,EEG)和眼球运动(眼电图,EOG)提供客观监测方案。与传统EEG帽(配备笨重线缆且需涂抹导电胶)不同,无线电子纹身贴由轻量电池组和薄如纸张的贴片式传感器构成。这些传感器采用波浪状回路和线圈设计,可拉伸并与皮肤无缝贴合,确保舒适性和信号清晰度。
Lu解释道:"令人惊讶的是,传统EEG帽虽然配备更多传感器覆盖不同脑区,却因个体头型差异永远无法获取完美信号。我们通过测量参与者面部特征来定制个性化电子纹身贴,确保传感器始终准确定位并接收信号。"
研究人员在六名参与者身上测试了该设备。参与者完成难度递增的记忆挑战时,随着脑力负荷增加,其θ波和δ波活动增强(表明认知需求上升),而α波和β波活动减弱(显示脑疲劳)。结果表明该设备能检测大脑的"吃力状态"。
该设备不仅限于检测,还能预测脑力疲劳。研究人员训练计算机模型根据电子纹身贴信号估算脑力负荷,成功区分了不同级别的脑力负荷。结果显示该设备具备预测脑疲劳的潜力。
成本是另一优势:传统EEG设备价格超过1.5万美元,而电子纹身贴芯片和电池组仅需200美元,一次性传感器单价约20美元。UT Austin的合著者Luis Sentis指出:"低成本使设备更易普及。我的愿望之一是将电子纹身贴转化为家用可穿戴产品。"
虽然当前电子纹身贴仅适用于无毛皮肤,但研究团队正尝试将其与适用于毛发的油墨传感器结合。这将实现全头部覆盖和更全面的脑部监测。随着机器人和新技术日益进入工作场所与家庭,团队希望该技术能深化对人机交互的理解。
Sentis强调:"我们长期监测工人的身体健康,追踪损伤和肌肉劳损。如今我们首次具备监测脑力疲劳的能力。这将从根本上改变机构保障员工整体福祉的方式。"
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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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