Недавно исследователи представили носимый патч, который может одновременно и точно отслеживать множество эмоциональных сигналов, в исследовании, опубликованном в журнале Nano Letters.

"Это новый и улучшенный способ понять наши эмоции, рассматривая сразу несколько сигналов тела", - сказал Хуанью "Ларри" Ченг, доцент кафедры инженерных наук и механики мемориала Джеймса Л. Хендерсона-младшего в Пенсильванском университете и ведущий автор статьи. "Полагаться только на выражение лица для понимания эмоций может ввести в заблуждение. Люди часто внешне не показывают, что они на самом деле чувствуют, поэтому мы объединяем анализ выражения лица с другими важными физиологическими сигналами, что в конечном итоге приведет к улучшению мониторинга психического здоровья и поддержки".

Похожий на наклейку пластырь отслеживает ряд физиологических реакций, таких как температура кожи, влажность, частота сердечных сокращений и уровень кислорода в крови, которые связаны с эмоциональными состояниями. Самое главное, объяснил Ченг, датчики устройства сконструированы таким образом, чтобы работать независимо, сводя к минимуму любые помехи между различными измерениями.

Устройство объединяет анализ физиологических сигналов с данными о выражении лица, чтобы лучше отличать подлинные эмоции от наигранных. Затем он по беспроводной сети передает измеренные данные в режиме реального времени на мобильные устройства и в облако, где клиницисты потенциально могут использовать их для лучшей виртуальной оценки состояния пациентов. Устройство не записывает личную информацию, только сигналы, объяснил Ченг, что означает, что личная конфиденциальность защищена благодаря дизайну устройства.

"У этой технологии есть потенциал помочь людям, которые борются со своим психическим здоровьем, но, возможно, не до конца честны с другими или даже с самими собой о том, насколько сильно они борются", - сказал Янбо Юань, соавтор статьи и докторант Пенсильванского университета, изучающий инженерные науки и механику.

Ченг объяснил, что собранные данные также могут помочь преодолеть культурные или социальные разрывы, которые могут проявляться в том, что человек кажется своим медицинским работникам более стойким или экспрессивным. "Отслеживая эти сигналы, можно было бы обнаружить такие проблемы, как тревога или депрессия, на ранних стадиях их развития".

Исследователи создали эластичное устройство размером с пластырь, сложив вместе тонкие слои гибких металлов, таких как платина и золото, и придав им волнообразную форму, которая сохраняет чувствительность даже при вытягивании или скручивании. Они также использовали слои материалов, которые изменяют поток электрического тока в зависимости от температуры, и встроенные в них полые трубки из атомов углерода, которые поглощают воду и отслеживают уровень влажности.

Многочисленные датчики были спроектированы и размещены на устройстве таким образом, чтобы они не мешали измерениям друг друга. Например, исследователи поместили жесткий слой под датчики температуры и влажности, чтобы защитить их от растяжения, которое испытывали бы датчики выражения лица. Они также использовали водонепроницаемый слой для защиты датчиков температуры и деформации от влажности.

"Мы сконструировали это устройство для независимого измерения этих различных сигналов, без того, чтобы они мешали друг другу, обеспечивая гораздо более четкую и точную картину того, что происходит под поверхностью", - сказал Либо Гао, соавтор статьи и доцент Сямыньского университета.

Затем команда обучила модель искусственного интеллекта (ИИ) считывать и понимать признаки разыгрываемых и реальных человеческих эмоций. Исследователи набрали восемь человек - обычный размер выборки для пилотных исследований - для выполнения шести распространенных выражений лица: счастья, удивления, страха, печали, гнева и отвращения.

Участники демонстрировали каждое эмоциональное выражение по 100 раз, в то время как устройство отслеживало их движения. Затем исследователи ввели эти данные в модель искусственного интеллекта, обучив ее соотносить определенные движения лица с различными эмоциями. Затем они набрали еще трех участников для дальнейшей оценки способностей модели. Он классифицировал выполняемые выражения лица с точностью 96,28%.

Когда дело дошло до отслеживания реальных эмоций, исследователи проверили, насколько хорошо устройство отслеживало психологические реакции тех же участников, когда они смотрели видеоклипы, предназначенные для вызывания эмоций. Устройство правильно идентифицировало эмоции с точностью 88,83%, при этом датчики подтвердили, что психологические реакции соответствовали известным связям между эмоциями и психологическими реакциями, таким как повышение температуры кожи и частоты сердечных сокращений во время удивления и гнева.

Ченг отметил, что возможность беспроводной передачи данных означает, что медицинские работники потенциально могут дистанционно наблюдать за людьми и оказывать своевременную эмоциональную поддержку с помощью телемедицины.

"Этот датчик может выполнять жизненно важную функцию по устранению пробелов в доступе к медицинской помощи", - сказал он. "Учитывая растущий уровень стресса в современном обществе, способность контролировать эмоции может обеспечить ранние признаки изнурительных состояний и обеспечить возможность активной поддержки".

Он объяснил, что устройство также открывает двери для других систем диагностики заболеваний и терапии на основе искусственного интеллекта (ИИ), выходящих за рамки простого распознавания эмоций. Он отметил, что клиницисты могут найти потенциальное применение для лучшего понимания психического и эмоционального состояния невербальных пациентов, лучшего выявления поведенческих и психологических симптомов деменции и распознавания передозировки опиоидов. Он добавил, что однажды эта технология может быть использована даже для мониторинга хронических ран и лечения заболеваний, а также для отслеживания прогрессирования нейродегенеративных заболеваний и спортивных результатов.

"Хотя это устройство все еще находится на стадии исследований и разработок, оно является значительным шагом вперед в нашей способности отслеживать и понимать человеческие эмоции, потенциально прокладывая путь к более активным и персонализированным подходам к охране психического здоровья", - сказал Ченг.

Среди других авторов - Хунчэн Сюй из Сианьского университета Цзяотон. Национальный институт здравоохранения США и Национальный научный фонд США профинансировали вклад исследователей из Пенсильванского университета в эту работу.