Her er forskernes bud på fremtidens EEG

I løbet af ganske få år forventer forskere at være klar med den første version af et apparat i miniaturestørrelse, der kan måle elektrisk aktivitet i hjernen gennem øret.

18.06.2014 | Kim Harel

Forskere måler EEG

I dag kræver det adskillige elektroder på hovedet at opnå en tilstrækkelig god datakvalitet, når man ønsker at registrere det elektriske aktivitetsmønster i hjernen. Men nu barsler forskere fra Institut for Ingeniørvidenskab på Aarhus Universitet med en lille ørecomputer, der kan bane vej for helt nye anvendelser af EEG.(Foto: Lise Balsby)

Den ser måske ikke ud af meget. Men ikke desto mindre er det forskernes bud på en ørecomputer, der helt diskret og trådløst kan fortolke hjernens elektriske signaler igennem lange tidsintervaller. (Foto: Lise Balsby)

Elektroencefalografi (EEG) er langt fra nogen ny teknik. I årtier har man brugt den til at måle elektrisk aktivitet i hjernen i en række diagnostiske sammenhænge som for eksempel i forbindelse med epilepsi, søvnforstyrrelser eller til lokalisering af tumorer.

Ved hjælp af hundredvis af små elektroder monteret på hovedets overflade, måler man i laboratoriet eller på neurofysiologiske afdelinger spændingsforskelle i hjernen over et afgrænset tidsforløb.

Og med en omgang ekstremt avanceret databehandling, kan man i dag ikke alene undersøge neurologiske forstyrrelser - man kan også få indsigt i vores helt almindelige mentale tilstande som for eksempel koncentrationsniveau, intentioner eller følelser.

Ud af laboratoriet og ind i hverdagen
Teknologien har et enormt potentiale, fordi forskerne bliver bedre til både at afkode hjernens signaler, men også at til at optimere måleudstyret, så det kan tages ud af laboratoriet og integreres i hverdagssammenhænge, forklarer Preben Kidmose, professor ved Aarhus Universitet og en af verdens førende eksperter i måling af EEG gennem øret:

”EEG-målinger kan på sigt få meget stor betydning i vores dagligdag. Og hele det område, der handler om, hvordan mennesker og elektroniske devices interagerer, er under stor forvandling. Når vi for alvor bliver i stand til at bruge teknologien over længere tid uden for laboratoriet, kommer vi alle sammen til at mærke det.”

Allerede i dag er det teknologisk muligt at skabe en direkte kommunikation imellem hjernen og forskellige computerstyrede enheder, fortsætter han:

”Vi har set nogle af de første vidtgående eksempler på, hvordan man kan bruge EEG på helt nye måder. Når en lam kvinde i USA kan styre computermusen ved tankens kraft, eller når hun drikker sin kaffe med hjælp af en robotstyret arm alene ved at tænke på den fysiske bevægelse, så er det fordi hendes tankesignaler registreres og oversættes til computerordrer.”

Diskret måling gennem øret
Ifølge Preben Kidmose har neuroingeniører længe funderet over, hvordan man kan optage signalerne inde i hjernen i en tilstrækkelig høj kvalitet og samtidig på en måde, der er diskret og ikke-forstyrrende for den, der bliver udsat for målingerne.

Det er et stort, internationalt forskningsfelt med det fælles mål at forvandle konventionelle EEG-systemer, man bruger i laboratorierne, til nye bærbare systemer.

På Aarhus Universitet har forskerne specialiseret sig i måling af EEG i ørekanalen, og det ser indtil videre ud til at være en lovende metode.

”I forskningssammenhænge kan det være værdifuldt at gennemføre EEG-studier over længere tid og uden, at resultaterne forpurres af, at forsøgspersonerne er bevidste om de mange elektroder, der sidder på hovedet. Ofte vil det være en stor fordel, hvis men kan studere hjerneaktivitet over længere perioder uden afbrydelser og uden for laboratoriet eller klinikken. Vores resultater tyder på, at EarEEG er en velegnet metode til dette, fordi den både er brugervenlig, diskret og komfortabel.”

Øreteknologien åbner dermed - ifølge professoren - op for, at man kan bruge EEG i helt nye sammenhænge.

Inden for det kliniske område vil man eksempelvis kunne bruge EarEEG-apparater til monitorering af psykiske og neurologiske sygdomme, optimering af terapeutisk behandling eller til neurofeedback.

Når det gælder raske mennesker, vil teknologien eksempelvis kunne bruges til monitorering af stressbelastning, søvn eller til simple former for tankestyring af elektroniske devices i hjemmet.

Forskerne fra Aarhus Universitet modtog sidste år en stor bevilling, der gjorde det muligt for dem at udvikle en ny for form for EEG-teknologi, der egner sig til måling gennem øret.

De har allerede den første tidlige prototype klar, som ikke er større end en øreprop. Tanken er, at det lille apparat skal virke gennem bare tre små elektroder og en mikrocomputer, som kan fortolke hjernens aktivitet. Den minder i sin udformning om et almindeligt, moderne høreapparat og er næsten usynligt i øregangen.

Signalbehandlingen og den analoge elektronik bruger meget lidt energi, så forskerne er ikke afhængige af ny batteriteknologi.

Drømmen om det rene signal fra hjernen
Til gengæld har de brug for ny viden, når det drejer sig om at få udvikle en optimal elektrodeteknologi, der skal opfange de svage signaler fra hjernen.

Det fortæller Simon Lind Kappel, ph.d.-studerende fra Aarhus Universitet, som netop beskæftiger sig med dette emne:

”Elektrodedesignet er en af vores vigtigste udfordringer. Hvordan skal vi placere målepunkterne optimalt? Og hvordan kan vi identificere og dæmpe al den elektriske aktivitet, der for eksempel stammer fra hovedbevægelser eller kæbemuskulatur, så vi står tilbage med et signal fra hjernen, der er så rent som muligt?”

Vejen frem er kringlet og består i gentagne test i laboratoriet:

”Vi går systematisk frem med forsøgspersoner i laboratoriet. De bliver eksempelvis bedt om at bide hårdt sammen eller lave kontrollerede drejninger med hovedet. På den måde er vi i stand til at karakterisere de forskellige støjbidrag og dermed optimere elektrodeteknologien, så vi måler det reneste mulige signal,” siger Simon Kappel.

Det indledende design af apparatet til øremåling af hjerneaktivitet ser lovende ud, og forskerne forventer, at de kan opnå den samme datakvalitet, som man i dag ser ved traditionelle EEG-målinger.

I første omgang skal forskerne bruge den lille ørecomputer til at advare diabetespatienter imod insulinchok (hypoglykæmi).

KONTAKT

Preben Kidmose, professor, Institut for Ingeniørvidenskab: pki@eng.au.dk

Simon Lind Kappel, ph.d.-studerende, Institut for Ingeniørvidenskab: slk@eng.au.dk

Om projektet

Ear-EEG projekterne er støttet af bl.a. Højteknologifonden og Det Strategiske forskningsråd, og der samarbejdes med en række eksterne samarbejdspartnere, herunder Widex A/S, Hyposafe A/S, Syddansk Universitet, Region Sjælland og Danmark Tekniske Universitet.

Institut for Ingeniørvidenskab