Nell’ultimo di una serie di progetti innovativi per sensori indossabili che utilizzano il sudore per identificare e misurare le condizioni fisiologiche, Wei Gao del Caltech, assistente professore di ingegneria medica, ha ideato un “pelle elettronica” che monitora continuamente nove diversi marcatori che caratterizzano una risposta allo stress.
Coloro che indossano questa pelle elettronica, un adesivo piccolo e sottile indossato sul polso chiamato CARES (pelle elettronica consolidata rinforzata con intelligenza artificiale), sono liberi di impegnarsi in tutte le normali attività quotidiane con un’interferenza minima durante i test, che consente la misurazione di livelli di stress sia basali che acuti.
Dispositivo CARES wireless completamente integrato. Credito immagine: Wei Gao e Changhao Xu
Lo stress è un concetto sfuggente. Parliamo di “sentirsi stressati” o di una situazione “essere stressante” e potremmo attribuire lo stress a sintomi fisici: “Ho un mal di testa da stress” o “Sto digrignando i denti di notte. Dev’essere lo stress.” Il termine stress può applicarsi a tutti i tipi di sentimenti, sintomi, comportamenti ed esperienze.
Hans Selye, medico e chimico nato a Vienna nel 1907, fu il primo a definire lo stress come una condizione medica. Colpito dalle lamentele simili – come stanchezza, scarso appetito e mancanza di motivazione – che aveva sentito da pazienti affetti da malattie molto diverse, Selye ipotizzò che tutti i pazienti rispondessero a ciò che avevano in comune: essere malati. Ha definito lo stress come una “risposta non specifica del corpo a qualsiasi richiesta”.
Lo stress può essere vissuto positivamente come eccitazione o energia, o negativamente come shock o ansia. Ma indipendentemente dal modo in cui lo stress può essere vissuto a livello emotivo, è ormai ampiamente riconosciuto che, a seconda della sua gravità e durata, sia lo stress acuto che quello cronico possono danneggiare la nostra salute fisica e mentale e ridurre la nostra capacità di funzionare come vorremmo.
Poiché lo stress è, come lo ha descritto Selye, “non specifico”, non esiste un singolo biomarcatore disponibile per dirci in modo definitivo se e quanto una persona è stressata. Tuttavia, lo stress genera una costellazione di reazioni corporee che, prese insieme, possono fornire una misura dello stress indipendente dalle auto-valutazioni. Gao sta monitorando questa costellazione con CARES.
Un sensore del sudore indossato al polso, sollevato per mostrare la sottigliezza del dispositivo. Crediti: Wei Gao e Changhao Xu/Caltech
“Quando una persona è sotto stress, ormoni come l’adrenalina, la norepinefrina e il cortisolo vengono rilasciati nel flusso sanguigno”, spiega Gao, che è anche ricercatore presso l’Heritage Medical Research Institute e Ronald e JoAnne Willens Scholar.
“Il sudore si arricchisce di metaboliti come glucosio, lattato e acido urico ed elettroliti come sodio, potassio e ammonio. Queste sono sostanze che abbiamo misurato prima dell’uso campionamento microfluidico su un sensore di sudore indossabile. La novità di CARES è che i sensori del sudore sono integrati con sensori che registrano le forme d’onda del polso, la temperatura cutanea e la risposta galvanica della pelle: segnali fisiologici che indicano anche lo stress in modi prevedibili”.
Nuovi materiali potenziano ulteriormente le prestazioni di CARES. Sebbene i materiali precedentemente utilizzati per i sensori del sudore potessero essere prodotti in modo efficiente tramite la stampa a getto d’inchiostro e fossero in grado di misurare con precisione anche composti molto rari, i materiali si sono gradualmente deteriorati in presenza di fluidi corporei. L’introduzione di un composto a base di nichel aiuta a stabilizzare i sensori a base enzimatica, come quelli che rilevano il lattato o il glucosio, così come un nuovo polimero aggiunto ai sensori a base ionica, che rilevano biomarcatori come sodio o potassio.
“L’aggiunta di questi nuovi materiali migliora notevolmente la stabilità del sensore durante il funzionamento a lungo termine”, riferisce Gao. Come i precedenti sensori di sudore, CARES può essere alimentato a batteria e può comunicare in modalità wireless con un telefono o un computer tramite Bluetooth.
Un’altra importante innovazione di CARES è l’aggiunta dell’apprendimento automatico. Poiché lo stress si presenta in molte forme diverse e stimola una risposta complessa che colpisce molti sistemi corporei diversi, interpretare accuratamente una grande quantità di dati è fondamentale per l’utilità di CARES e di altri sensori. Esperimenti che inducono stress nei soggetti che indossano il dispositivo CARES hanno dimostrato che il sensore misura accuratamente l’interrelazione dei biomarcatori fisiologici (come il polso) e chimici (come il glucosio). I soggetti hanno anche risposto a questionari per auto-riferire i propri sentimenti di ansia e stress psicologico prima e dopo l’esposizione a situazioni stressanti come esercizi vigorosi o video di gioco intensi. I dati hanno mostrato chiare correlazioni tra le auto-valutazioni dello stress e i suoi correlati fisico-chimici misurati da CARES.
“Elevati livelli di stress e ansia causati da ambienti di lavoro impegnativi, come quelli vissuti da soldati o astronauti, possono influire in modo significativo sulle prestazioni”, osserva Gao. “Il rilevamento precoce della gravità dello stress consente un intervento tempestivo. Il nostro sensore indossabile, combinato con l’apprendimento automatico, ha il potenziale per fornire informazioni dettagliate sul livello di stress in tempo reale”.
Scritto da Cynthia Eller
Fonte: Caltech
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
