Un poligrafo abbastanza compatto da stare comodamente sul torace di un neonato. E abbastanza potente da tracciare in tempo reale una miriade di parametri fisiologici, e trasmettere le informazioni via wireless perché vengano analizzate con l’aiuto dell’intelligenza artificiale. È la nuova invenzione che arriva dai laboratori della Northwestern University: un poligrafo smart pensato per monitorare l’insorgenza dello stress e la qualità del sonno dei neonati (ma funziona anche sugli adulti), descritto di recente sulle pagine di Science Advances.Un sensore “gentile”Il progetto nasce dall'esigenza di monitorare i pazienti più fragili, come quelli dei reparti di terapia intensiva neonatale, senza l’ingombro di cavi e sensori invasivi che possono danneggiare la pelle sensibile di un neonato pretermine o limitare il contatto fisico con i genitori. La richiesta che arrivava dai pediatri del Children’s Hospital of Chicago, che hanno collaborato con gli ingegneri della Northwestern University nello sviluppo del dispositivo, era di avere qualcosa con cui identificare lo stress nei loro piccoli pazienti, un compito che di norma è affidato all’acume del personale sanitario e che, per questo, è difficile da valutare oggettivamente.Per riuscirci, il team ha deciso di ispirarsi al funzionamento del poligrafo, la cosiddetta macchina della verità, che misura simultaneamente una moltitudine di risposte fisiologiche per identificare lo stress e il disagio che accompagnano una bugia. E di tradurre questo approccio in un formato più moderno: digitale e miniaturizzato.Il nuovo poligrafoIl risultato è una sottile patch di silicone, morbida e flessibile, che aderisce alla pelle senza necessità di adesivi aggressivi. Al suo interno è integrata una serie di sensori miniaturizzati in grado di rilevare l’elettrocardiogramma (Ecg), la frequenza respiratoria, la temperatura corporea e l'attività elettrodermica. Quest’ultimo parametro, tipico del poligrafo, misura le variazioni della conduttanza cutanea dovute alla micro-sudorazione, un indicatore diretto dell'attivazione del sistema nervoso simpatico legata allo stress. Il dispositivo contiene anche un sensore di movimento e un microfono, per monitorare i segnali meccanici e acustici del respiro e del battito cardiaco, e sensori per la temperatura che possono valutare la circolazione sanguigna superficiale.La trasmissione dei dati avviene tramite protocolli wireless a basso consumo, eliminando la necessità di batterie pesanti grazie a un sistema di alimentazione a induzione. La vera innovazione risiede però nell'integrazione dei dati raccolti con algoritmi di apprendimento automatico: il software analizza le correlazioni tra i diversi parametri per distinguere, ad esempio, tra un normale pianto dovuto alla fame e una reale condizione di sofferenza fisiologica o mancanza di sonno profondo.I test sul campoLa validazione del sistema è avvenuta attraverso una serie di test comparativi condotti sia su volontari adulti che in contesti clinici neonatali. I ricercatori hanno confrontato i dati raccolti dal mini-poligrafo con quelli dei macchinari ospedalieri standard e con un poligrafo tradizionale. I risultati hanno mostrato una precisione equivalente ai dispositivi commerciali in un test in cui è stato utilizzato come macchina della verità, e un’elevata efficacia nel riconoscere lo stress, sia negli adulti che nei neonati.Particolarmente significativi sono stati i test sulla qualità del sonno: il dispositivo è riuscito a mappare con estrema precisione le fasi Rem e non-Rem dei neonati, identificando i micro-risvegli causati da stimoli ambientali. Questa capacità di analisi permette di capire come lo stress ambientale influenzi lo sviluppo neurologico dei bambini, un fattore critico per chi nasce prematuro.Cosa ci faremo?A detta dei suoi inventori, le potenzialità di questa tecnologia vanno oltre le mura degli ospedali. La sua architettura lo rende infatti adatto a una produzione su larga scala per il mercato della telemedicina. In futuro, ad esempio, un genitore potrebbe utilizzare questo strumento per monitorare la salute del figlio a casa, ricevendo avvisi sullo smartphone in caso di anomalie respiratorie o picchi di stress febbrile.Allo stesso modo, la capacità di tracciare lo stress attraverso la risposta elettrodermica rende il dispositivo utile per gli adulti che soffrono di disturbi d'ansia o per il monitoraggio di pazienti anziani con declino cognitivo. E i ricercatori stanno pensando di integrare un numero ancora maggiore di sensori per riuscire a cogliere le sottili differenze tra l’elaborazione neurologica del dolore, e quella dello stress. Le potenzialità, insomma, sono molteplici. Il primo passo per ora sarà quello di validare i risultati in un contesto clinico, su un numero maggiore di pazienti. A quel punto, il nuovo mini-poligrafo sarà pronto per sbarcare nelle nostre case. “Viviamo in tempi estremamente stressanti, senza metodi sufficientemente accurati per misurare lo stress in modo proattivo”, sottolinea Debra E. Weese-Mayer, ricercatrice della Northwestern University e del Children’s Hospital di Chicago che ha partecipato al progetto. “Identificando lo stress, che sia di natura ambientale o legato a problemi di salute, possiamo invece intervenire prima che diventi irreversibile”.