Yazan: Dr. Liji Thomas, MD
Çeviren: Remzi KÜÇÜKOĞLU
Geçtiğimiz bir kaç on yılda giyilebilir elektronik cihazlar, daha da yaygınlaştı. Giyilebilir sensörlerin bir önemli faydası, kullanıcıya verdiği rahatsızlığın düşük seviyede olmasıyken, diğer önemli faydası ise kullanıcı vücudundan gelen biyolojik sinyallerin kesintisiz tespiti için sundukları olanaktır.
Kablosuz sensörler ise, bunu bir adım daha öteye taşırlar ve sensörü analiz cihazına bağlayan dolayısıyla kullanıcıyı kısıtlayan bir kabloya gerek duyulmadan kullanıcının bir takım normal faaliyetlerini gerçekleştirmesine izin verirler.
Kablosuz beyin sensörleri, beyindeki elektriksel iletimin yansıması olan beyin dalgalarını kullanarak buradaki basıncı, sıcaklığı, pH’ı ve aktiviteleri tespit edebilen cihazlardır.
Beyin-bilgisayar arayüzleri (BBA), gün boyunca beyin elektrik aktivitesinin sürekli izlenmesini sağlayan ve beyinden gelen verileri, harici analiz cihazlarına kablosuz aktaran sinirsel arayüzlerdir.
Bu arayüzler, beyin-bilgisayar protezlerinde olduğu gibi beynin çalışma şeklini anlamak ve beyin ile iletişim kurmak açısından önemlidirler. Nöropsikiyatrik bozuklukların tanısında veya tedavisinde beyin-bilgisayar arayüzü, bu sinirsel elektrik sinyallerinin hem analizinde hem de üretilmesinde kullanılabilir.
2014 yılında Brown Üniversitesi’ndeki bilim adamları, çok büyük miktarlarda veri aktarabilen ve çok düşük güçlü bir sensör ortaya çıkardılar. Bu sensörler sayesinde, izlenen denekler belirli bir alana sınırlanmak yerine kendi olağan yaşamlarına devam edebiliyorlardı.
Ancak bu ilk sensörler, yaklaşık 50 gr ağırlığındaydı ve ayakta tedavi gören hastalardan gelen sinyal alımlarını azami seviye çıkartan büyük, dört antenli bir harici alıcıya bağlıydılar.
Daha önceki sensörlerde, deneklerin gözlem bölgesine bağlanması ve hastanın iyileşmesinin ardından bunların çıkarılması gerekliydi. Daha sonra Poli (laktik asit-ko-glikolik asit) polimerlere sahip, iletken elementler olarak hareket eden çevre dostu metallerden (magnezyum, çinko, titanium) yapılan, klinik kullanıma uygun kablosuz beyin sensörleri ortaya çıktı.
Kullanılan kablosuz teknolojiler, Radyo frekansları ile tanımlama (RFID), Bluetooth, Yakın Alan İletişimi, ZigBee kablosuz teknolojisi, rezonans anteni ve optik iletişim teknolojileri arasında dağılım göstermekteydi.
Sensörlerin Gelişimi
İlk elektrokortikografi (ECoG), fareler üzerinde yapıldı ve sensor farelerin beyin kortekslerinin üstüne yerleştirildi. Çünkü beyin yüzeyi ve sensör arasındaki yakınlık sinyal kalitesini artırmaktadır. Sonrasında sinyal alımını ve veri aktarımını sürekli hale getirmek için sensörler, kablosuz teknolojiler ile bir araya getirildi ve bu şekilde bu alanda yeni bir gelişme sağlandı.
2D sensörler
Bununla ilgili bir araştırmada, ECoG sensörü, bir mantık çipine (logic chip) bağlandıktan sonra çip farenin beyin (serebral) korteksi üstüne yerleştirildi. Sonrasında 32 mikroelektrottan gelen veri, Bluetooth aracılığıyla bir akıllı telefona aktarıldı. Sensör verisi, beynin normal veya epileptik olduğu durumların ayırt edilmesi amacıyla analiz edildi.
Başka bir çalışmada verilerin cilt iletimiyle elde edilmesi amaçlanarak alıcı cihaz, boyuna bağlandı.
ECoG sensörleri, beyin yüzeyindeki elektrik potansiyellerini tespit edebilir ve sinir sisteminin çalışma şeklini anlamaya yardımcı olabilir. İlk sinirsel (nöral) problar, doğru modellemesi en kolay olan 2 boyutlu düzlemsel yapılara sahiplerdi. Bu sebeple sinirsel arayüzlerin çoğu, düzlemsel bir şekil aldı ve bunlara nöral prob denildi.
Sinir ağı arayüzleri
Ek olarak derin beyinden gelen sinyallerin de elde edilebilmesi için beyin dokusuna nüfuz edebilen bir kaç kablosuz mikroelektrot dizisi (MEA) tanıtıldı. Bunlar, bir takım görevlerin yapılması esnasında büyük çapta beyin aktivitesini haritalama özelliğine sahiplerdir. 3 boyutlu ağda bir araya getirilen 2 boyutlu prob taraklardan (probe combs) ya da metal veya polimer dökme malzemenin işlenmesiyle yapılırlar. Kullanılan malzeme, gerekli özel teknolojinin ne olacağına karar verir.
Yaklaşık 20 mikrometre çapa sahip sinir ağı arayüzü kullanılarak tek sinir hücresi impulsu kaydedilebilir ve kablosuz veri aktarımıyla beyin yüzeyi aksiyon potansiyelleri gözlemlenebilir.
Bu yöntemlerle ilgili büyük sorunlar vardır. Örneğin yapımı, büyük zaman ve maliyet gerektirmektedir. Ayrıca bunların sert yapıları ile beynin mekanik özellikleri arasında yüksek bir uyumsuzluk söz konusudur. Son olarak ise, beyin yüzeyine yerleşimin sağlam olması için gerekli olan aşırı baskı, iltihaplanmaya ve sinirde yıkıma neden olabilmektedir.
Bu sebeple yapılması kolay, dokularla uyumlu ve invazif yerleştirme tekniklerine gerek duyulmayan, esnek substrat üzerinde 3 boyutlu bir mikroelektrot dizisi tanıtılmıştır. Üstelik bu, beynin çok fonksiyonlu katmanlarından kayıt yapılmasına olanak sağlamaktadır.
Harici kablosuz sensörler
Beyin aktivitesinin elektroensefalogram (EEG) ve uyarılmış potansiyeller (EP) ile ölçümü için, implant gerektirmeyen giyilebilir sensörler de üretilmiştir. Bunlar, EEG izlemesini sürekli hale getirmek üzere verleri alan, filtreleyen ve analiz eden cihazın aynısıyla, bir kayış kullanılarak alına takılmaktadırlar.
Uygulamalar
Sinir hastalıkları yaygınlığındaki artış, gelişen teknoloji, stres artışı ve yaşam tarzındaki değişimler, bu tür cihazlar için büyüyen bir pazar oluşturmaktadır. Ancak bu cihazlar, sıkı kontrollere tabidirler, işlevsellikleri çok karmaşıktır ve yoğun bir araştırmanın yanında tekrar eden denemeleri gerektirmektedirler.
Bilişsel değerlendirmeler
Giyilebilir beyin sensörleri, çoğu nörodejeneratif hastalıkta bilişsel durumların ayırt edilmesine yardımcı olabilir.
Beyin hasarını izleme
Tek başına ABD’de, beyin travması kaynaklı 50.000’in üzerinde ölüm gerçekleşmektedir. Tedavi edilmezse geri dönülemez beyin hasarına hatta ölüme veya bitkisel hayata neden olabilen beyin (serebral) ödemine dair işaretlerin erken tespit edilebilmesi amacıyla bu tipteki sensörlerin yaygınlaşması olasıdır.
Sinirsel işlevin yükseltilmesi
BBA, bilişsel işlev bozukluğu olan hastaların iletişim kurmasını veya fiziksel eylem üretmesini sağlayacak sinir protezlerinin geliştirilmesinde kullanılabilir.
İkinci bir uygulama, deneğin beyin işlem hızını, hafızasını, dikkatini ve problem çözme becerilerini geliştireceği varsayılan oyun ve bulmacalar ile beyni eğitmektir. Hatta bu tür beyin eğitimi uygulamaları, organik beyin bozukluklarında (örn. kemoterapiyle ilişkili bilişsel eksiklikler vb.) bile kullanışlı olabilirler.
Kablosuz beyin sensörü kullanan hastaların arasından bir çoğu, bilişsel bozukluklara sahiptir. Bu bilişsel bozukluklar, Parkinson hastalığı, travmatik beyin hasarı, bunama ve beyni etkileyen diğer hastalıklarla bağlantılıdırlar. Bu tip hastalıklarda kablosuz sensörler kullanılarak, beyin işlevi ve dalgalanmaları daha iyi izlenir ve bilişsel performansı artırmak mümkün olur.
Ağrı yönetimi
Diğer bir kullanımı ise, kronik ağrı alanında bir takım ağrı kesici ve narkotik ilaç etkilerinin değerlendirilmesidir. Ağrıya dair objektif ölçümler, ağrı hissi ve ağrı algısıyla ilgili beyin aktivitesinin haritalandırılması, yüksek ve düşük ağrı durumlarını (örn. kronik ağrıdaki durumuları) ayırt etmeyi kolaylaştırır.
Sara
Mobil EEG, sara hastalarının hastane dışı bir ortamda uzun dönem izlenebilmesine yardım eder. Bu şekilde verilere erişim, öngörülemez nöbetlerin belirti göstermeseler dahi anlaşılmasına, tespit edilmesine ve karakterize edilmesine ve yeni müdaheleler hakkında nesnel veriler üretilmesine katkı sağlar.
İzleme maliyetinin azaltılması için kablosuz sensörler, mobil uygulamalara veya bilgisayar yazılımlarına sorunsuzca senkronize edilebilir.
Uyku değerlendirmesi
Gerek ilaç denemelerinde gerekse diğer müdahaleler sonrasında uyku ve uyku etkilerini ölçmede ve anlamada EEG’nin çokça faydası vardır.
Bu alan, nörodejeneratif bozukluklarla ilişkisi bakımından da çok değerli olabilir çünkü beyin aktivitesinin kendine özgü yapısı olan uyku iğcikleri, NREM uykusunun yanı sıra Parkinson hastalığındaki bilişsel gerileme süresince de gözlemlenmektedir ve yavaş dalga uykusunun azalması, alzheimer hastalığıyla ilişkilidir.
Kablosuz sensörler, maliyet etkinliği açısından polisomnografiye (PSG) alternatif olabilirler. Kaliforniya Carlsbad’da bulunan Advanced Brain Monitoring şirketine ait Sleep Profiler, buna bir örnektir. Alına takılan bu cihaz, EEG’nin de bulunduğu bir çok parametreyi PSG ile kıyas edilebilecek kadar doğru ölçer.
Sonuç
Beyin aktivitelerinin yapısını tespit etmede kullanılan harici kablosuz sensörler, beyin işlev bozukluğuyla ilişkili hastalıklara tanı koyulmasına, bunların incelenmesine ve yönetilmesine yardım edebilirler.
Şu anda araştırmacılar, kablosuz devrelerin biçim katsayısını artırarak ve bozulamaları azaltarak sinyal kalitesini yükseltmeye çalışıyorlar. Bu sorunların giderilmesi, insan işlevlerinin bir çoğunu, implante edilmiş elektronik cihazlara sorunsuzca aktaran kablosuz beyin sensörlerinin çağını başlatabilir.
link: https://www.news-medical.net/health/What-are-Wireless-Brain-Sensors.aspx
Çeviren: Remzi KÜÇÜKOĞLU
Geçtiğimiz bir kaç on yılda giyilebilir elektronik cihazlar, daha da yaygınlaştı. Giyilebilir sensörlerin bir önemli faydası, kullanıcıya verdiği rahatsızlığın düşük seviyede olmasıyken, diğer önemli faydası ise kullanıcı vücudundan gelen biyolojik sinyallerin kesintisiz tespiti için sundukları olanaktır.
Kablosuz sensörler ise, bunu bir adım daha öteye taşırlar ve sensörü analiz cihazına bağlayan dolayısıyla kullanıcıyı kısıtlayan bir kabloya gerek duyulmadan kullanıcının bir takım normal faaliyetlerini gerçekleştirmesine izin verirler.
Kablosuz beyin sensörleri, beyindeki elektriksel iletimin yansıması olan beyin dalgalarını kullanarak buradaki basıncı, sıcaklığı, pH’ı ve aktiviteleri tespit edebilen cihazlardır.
Beyin-bilgisayar arayüzleri (BBA), gün boyunca beyin elektrik aktivitesinin sürekli izlenmesini sağlayan ve beyinden gelen verileri, harici analiz cihazlarına kablosuz aktaran sinirsel arayüzlerdir.
Bu arayüzler, beyin-bilgisayar protezlerinde olduğu gibi beynin çalışma şeklini anlamak ve beyin ile iletişim kurmak açısından önemlidirler. Nöropsikiyatrik bozuklukların tanısında veya tedavisinde beyin-bilgisayar arayüzü, bu sinirsel elektrik sinyallerinin hem analizinde hem de üretilmesinde kullanılabilir.
2014 yılında Brown Üniversitesi’ndeki bilim adamları, çok büyük miktarlarda veri aktarabilen ve çok düşük güçlü bir sensör ortaya çıkardılar. Bu sensörler sayesinde, izlenen denekler belirli bir alana sınırlanmak yerine kendi olağan yaşamlarına devam edebiliyorlardı.
Ancak bu ilk sensörler, yaklaşık 50 gr ağırlığındaydı ve ayakta tedavi gören hastalardan gelen sinyal alımlarını azami seviye çıkartan büyük, dört antenli bir harici alıcıya bağlıydılar.
Daha önceki sensörlerde, deneklerin gözlem bölgesine bağlanması ve hastanın iyileşmesinin ardından bunların çıkarılması gerekliydi. Daha sonra Poli (laktik asit-ko-glikolik asit) polimerlere sahip, iletken elementler olarak hareket eden çevre dostu metallerden (magnezyum, çinko, titanium) yapılan, klinik kullanıma uygun kablosuz beyin sensörleri ortaya çıktı.
Kullanılan kablosuz teknolojiler, Radyo frekansları ile tanımlama (RFID), Bluetooth, Yakın Alan İletişimi, ZigBee kablosuz teknolojisi, rezonans anteni ve optik iletişim teknolojileri arasında dağılım göstermekteydi.
Sensörlerin Gelişimi
İlk elektrokortikografi (ECoG), fareler üzerinde yapıldı ve sensor farelerin beyin kortekslerinin üstüne yerleştirildi. Çünkü beyin yüzeyi ve sensör arasındaki yakınlık sinyal kalitesini artırmaktadır. Sonrasında sinyal alımını ve veri aktarımını sürekli hale getirmek için sensörler, kablosuz teknolojiler ile bir araya getirildi ve bu şekilde bu alanda yeni bir gelişme sağlandı.
2D sensörler
Bununla ilgili bir araştırmada, ECoG sensörü, bir mantık çipine (logic chip) bağlandıktan sonra çip farenin beyin (serebral) korteksi üstüne yerleştirildi. Sonrasında 32 mikroelektrottan gelen veri, Bluetooth aracılığıyla bir akıllı telefona aktarıldı. Sensör verisi, beynin normal veya epileptik olduğu durumların ayırt edilmesi amacıyla analiz edildi.
Başka bir çalışmada verilerin cilt iletimiyle elde edilmesi amaçlanarak alıcı cihaz, boyuna bağlandı.
ECoG sensörleri, beyin yüzeyindeki elektrik potansiyellerini tespit edebilir ve sinir sisteminin çalışma şeklini anlamaya yardımcı olabilir. İlk sinirsel (nöral) problar, doğru modellemesi en kolay olan 2 boyutlu düzlemsel yapılara sahiplerdi. Bu sebeple sinirsel arayüzlerin çoğu, düzlemsel bir şekil aldı ve bunlara nöral prob denildi.
Sinir ağı arayüzleri
Ek olarak derin beyinden gelen sinyallerin de elde edilebilmesi için beyin dokusuna nüfuz edebilen bir kaç kablosuz mikroelektrot dizisi (MEA) tanıtıldı. Bunlar, bir takım görevlerin yapılması esnasında büyük çapta beyin aktivitesini haritalama özelliğine sahiplerdir. 3 boyutlu ağda bir araya getirilen 2 boyutlu prob taraklardan (probe combs) ya da metal veya polimer dökme malzemenin işlenmesiyle yapılırlar. Kullanılan malzeme, gerekli özel teknolojinin ne olacağına karar verir.
Yaklaşık 20 mikrometre çapa sahip sinir ağı arayüzü kullanılarak tek sinir hücresi impulsu kaydedilebilir ve kablosuz veri aktarımıyla beyin yüzeyi aksiyon potansiyelleri gözlemlenebilir.
Bu yöntemlerle ilgili büyük sorunlar vardır. Örneğin yapımı, büyük zaman ve maliyet gerektirmektedir. Ayrıca bunların sert yapıları ile beynin mekanik özellikleri arasında yüksek bir uyumsuzluk söz konusudur. Son olarak ise, beyin yüzeyine yerleşimin sağlam olması için gerekli olan aşırı baskı, iltihaplanmaya ve sinirde yıkıma neden olabilmektedir.
Bu sebeple yapılması kolay, dokularla uyumlu ve invazif yerleştirme tekniklerine gerek duyulmayan, esnek substrat üzerinde 3 boyutlu bir mikroelektrot dizisi tanıtılmıştır. Üstelik bu, beynin çok fonksiyonlu katmanlarından kayıt yapılmasına olanak sağlamaktadır.
Harici kablosuz sensörler
Beyin aktivitesinin elektroensefalogram (EEG) ve uyarılmış potansiyeller (EP) ile ölçümü için, implant gerektirmeyen giyilebilir sensörler de üretilmiştir. Bunlar, EEG izlemesini sürekli hale getirmek üzere verleri alan, filtreleyen ve analiz eden cihazın aynısıyla, bir kayış kullanılarak alına takılmaktadırlar.
Uygulamalar
Sinir hastalıkları yaygınlığındaki artış, gelişen teknoloji, stres artışı ve yaşam tarzındaki değişimler, bu tür cihazlar için büyüyen bir pazar oluşturmaktadır. Ancak bu cihazlar, sıkı kontrollere tabidirler, işlevsellikleri çok karmaşıktır ve yoğun bir araştırmanın yanında tekrar eden denemeleri gerektirmektedirler.
Bilişsel değerlendirmeler
Giyilebilir beyin sensörleri, çoğu nörodejeneratif hastalıkta bilişsel durumların ayırt edilmesine yardımcı olabilir.
Beyin hasarını izleme
Tek başına ABD’de, beyin travması kaynaklı 50.000’in üzerinde ölüm gerçekleşmektedir. Tedavi edilmezse geri dönülemez beyin hasarına hatta ölüme veya bitkisel hayata neden olabilen beyin (serebral) ödemine dair işaretlerin erken tespit edilebilmesi amacıyla bu tipteki sensörlerin yaygınlaşması olasıdır.
Sinirsel işlevin yükseltilmesi
BBA, bilişsel işlev bozukluğu olan hastaların iletişim kurmasını veya fiziksel eylem üretmesini sağlayacak sinir protezlerinin geliştirilmesinde kullanılabilir.
İkinci bir uygulama, deneğin beyin işlem hızını, hafızasını, dikkatini ve problem çözme becerilerini geliştireceği varsayılan oyun ve bulmacalar ile beyni eğitmektir. Hatta bu tür beyin eğitimi uygulamaları, organik beyin bozukluklarında (örn. kemoterapiyle ilişkili bilişsel eksiklikler vb.) bile kullanışlı olabilirler.
Kablosuz beyin sensörü kullanan hastaların arasından bir çoğu, bilişsel bozukluklara sahiptir. Bu bilişsel bozukluklar, Parkinson hastalığı, travmatik beyin hasarı, bunama ve beyni etkileyen diğer hastalıklarla bağlantılıdırlar. Bu tip hastalıklarda kablosuz sensörler kullanılarak, beyin işlevi ve dalgalanmaları daha iyi izlenir ve bilişsel performansı artırmak mümkün olur.
Ağrı yönetimi
Diğer bir kullanımı ise, kronik ağrı alanında bir takım ağrı kesici ve narkotik ilaç etkilerinin değerlendirilmesidir. Ağrıya dair objektif ölçümler, ağrı hissi ve ağrı algısıyla ilgili beyin aktivitesinin haritalandırılması, yüksek ve düşük ağrı durumlarını (örn. kronik ağrıdaki durumuları) ayırt etmeyi kolaylaştırır.
Sara
Mobil EEG, sara hastalarının hastane dışı bir ortamda uzun dönem izlenebilmesine yardım eder. Bu şekilde verilere erişim, öngörülemez nöbetlerin belirti göstermeseler dahi anlaşılmasına, tespit edilmesine ve karakterize edilmesine ve yeni müdaheleler hakkında nesnel veriler üretilmesine katkı sağlar.
İzleme maliyetinin azaltılması için kablosuz sensörler, mobil uygulamalara veya bilgisayar yazılımlarına sorunsuzca senkronize edilebilir.
Uyku değerlendirmesi
Gerek ilaç denemelerinde gerekse diğer müdahaleler sonrasında uyku ve uyku etkilerini ölçmede ve anlamada EEG’nin çokça faydası vardır.
Bu alan, nörodejeneratif bozukluklarla ilişkisi bakımından da çok değerli olabilir çünkü beyin aktivitesinin kendine özgü yapısı olan uyku iğcikleri, NREM uykusunun yanı sıra Parkinson hastalığındaki bilişsel gerileme süresince de gözlemlenmektedir ve yavaş dalga uykusunun azalması, alzheimer hastalığıyla ilişkilidir.
Kablosuz sensörler, maliyet etkinliği açısından polisomnografiye (PSG) alternatif olabilirler. Kaliforniya Carlsbad’da bulunan Advanced Brain Monitoring şirketine ait Sleep Profiler, buna bir örnektir. Alına takılan bu cihaz, EEG’nin de bulunduğu bir çok parametreyi PSG ile kıyas edilebilecek kadar doğru ölçer.
Sonuç
Beyin aktivitelerinin yapısını tespit etmede kullanılan harici kablosuz sensörler, beyin işlev bozukluğuyla ilişkili hastalıklara tanı koyulmasına, bunların incelenmesine ve yönetilmesine yardım edebilirler.
Şu anda araştırmacılar, kablosuz devrelerin biçim katsayısını artırarak ve bozulamaları azaltarak sinyal kalitesini yükseltmeye çalışıyorlar. Bu sorunların giderilmesi, insan işlevlerinin bir çoğunu, implante edilmiş elektronik cihazlara sorunsuzca aktaran kablosuz beyin sensörlerinin çağını başlatabilir.
link: https://www.news-medical.net/health/What-are-Wireless-Brain-Sensors.aspx