北京時間2024年1月19日18時，加州理工學院醫學工程系高偉教授與博士生許昌浩、博士後宋宇等在Nature Electronics雜志在線發表題為 “A physicochemical-sensing electronic skin for stress response monitoring” 的研究文章，通過結合生理與生化數據的多模態電子皮膚，實現長時間連續監測與心理壓力的精準評估。
在現代社會，心理健康逐漸成為人們關註的焦點，特別是在新冠疫情之後，與壓力相關的心理障礙如焦慮和抑鬱的人顯著增加，使得對心理健康意識和有效評估方法的需求日益迫切。然而，盡管人們對此有著越來越多的認識，但如何有效應對這些心理健康挑戰的資源和能力仍然不足。現代社會迫切需要創新方法來理解、監測和管理壓力。
盡管精神壓力在全球范圍內普遍存在，但心理壓力評估的方法大多局限於主觀調查和臨床問卷，這些傳統方法雖然提供了洞察力，但耗時長且需要大量後續隨訪，為醫生和心理健康從業人員帶來了重大負擔。依賴自我報告的數據可能因個人感知和記憶偏差而導致不準確，且可能因個人的心理抵觸而延誤診斷。鑒於壓力及其表現形式的高度個體化，迫切需要更客觀、可靠和可擴展的方法來評估精神壓力水平，以補充現有的基於問卷的評估方法。
電子皮膚作為一種柔性可穿戴平臺，由模仿人類皮膚的各種傳感器和材料組成。由於精神壓力表現為復雜的生物學反應，涉及神經系統、內分泌系統和免疫系統——這種多面性並不完全被現有商業可穿戴設備中的物理傳感器捕捉，因此商業可穿戴設備通常無法提供對壓力的全面視角，忽略了生理和心理因素之間的相互作用以及壓力反應的個體差異。電子皮膚中的多模態傳感彌補了這一空白，通過同時測量更廣泛的生理和生化信號提供了更細致和全面的壓力評估。這一進步有望彌合可觀察的心理壓力癥狀與潛在的多模態生物標記物之間的關聯，促進更準確和個性化的精神壓力評估方法，實現可穿戴技術臨床與商業應用的一大飛躍。
圖：用於心理健康監測的電子皮膚CARES平臺
為了有效地收集穩健可信的多模態數據，該電子皮膚（CARES）解決了長期連續佩戴中傳感器穩定性的關鍵挑戰。對於物理傳感器，主要關註其對日常佩戴運動的界面噪音的敏感性，因運動產生的失真信號可能嚴重影響數據準確性。CARES平臺通過設計確保與皮膚穩定、緊密貼合的界面，減少了運動對傳感器讀數的影響。同時，對於生化傳感器，平臺解決了長久以來在體液中維持信號穩定性的挑戰。通過研究傳感器的底層機理，研究人員通過添加與替代傳統材料，開發設計出新的生化傳感器制備工藝。這些重新開發的傳感器實現了在汗液中超過100小時的長期穩定監測，並可以在日常活動期間以及在受控壓力研究時提供連續的24小時以上的多模態物理化學監測。
為了有效分析多模態數據，研究人員設計了機器學習架構，實現壓力檢測、壓力類型分類和焦慮水平預測等關鍵任務。CARES平臺收集的多模態物理化學數據表明，我們可以準確分析人體對不同類型壓力源的反應，展示了機器學習在將多模態數據轉化為精確、量化的心理健康監測方面的巨大潛力。這一技術不僅預示著心理健康的客觀和定量分析成為可能，更是在個性化醫療領域內，為以AI為驅動的可穿戴電子產品的未來發展和廣泛商業應用鋪平了道路。通過這種創新，我們能夠更好地理解和管理個人的壓力和焦慮，為全球公共衛生貢獻重要力量。
相關論文信息：
來源：小柯物理
聲明：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學之處，請在下方留言指正！
