每个人在工作的时候都会犯困，尤其是在吃完一顿丰盛的午餐之后。但对于那些工作涉及驾驶或重型机械的人来说，困倦即使不是致命的，也是极其危险的。在美国，疲劳驾驶每年造成数百起致命的交通事故，美国国家安全委员会(National Safety Council)将疲劳驾驶列为建筑和采矿行业的一大危险。

为了保护司机和机器操作员免受打瞌睡的危险，加州大学伯克利分校的工程师们发明了一种原型耳机，可以探测大脑中困倦的迹象。

耳塞检测脑电波的方式与脑电图(EEG)相同，脑电图是医生用来测量大脑电活动的一种测试。大多数脑电图检测脑电波使用的是连接在头部的一系列电极，而耳塞使用的是与耳道接触的内置电极。

耳塞检测到的电信号比传统脑电图检测到的信号要小。然而，在一项新的研究中，研究人员表明，他们的耳朵EEG平台足够敏感，可以检测到α波，这是一种大脑活动模式，当你闭上眼睛或开始入睡时，这种活动会增加。

“2017年，当我买了第一对苹果AirPods耳机时，我受到了启发。我立刻想到，‘这是一个多么神奇的神经记录平台啊，’”该研究的资深作者、加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学副教授Rikky Muller说。“我们相信这项技术有很多潜在的用途，对困倦进行分类是一个很好的指标，表明这项技术可以用于对睡眠进行分类，甚至诊断睡眠障碍。”

使用耳塞作为脑电图电极带来了各种各样的实际挑战。为了获得准确的脑电图，电极需要与皮肤保持良好的接触。这在传统的脑电图中相对容易实现，它使用粘在头皮上的扁平金属电极。然而，设计一款适合各种尺寸和形状的耳塞要棘手得多。

当Muller的团队开始研究这个项目时，其他开发Ear EEG平台的团队要么使用湿电极凝胶来确保耳塞和耳道之间的良好密封，要么为每个用户定制耳塞。她和她的团队想设计一种干燥的、用户通用的模型，这样任何人都可以把它们塞进耳朵里，得到可靠的读数。

加州大学伯克利分校博士后学者、该研究的第一作者之一瑞安·卡维(Ryan Kaveh)说:“我的个人目标是尝试制造一种设备，让真正从中受益的人每天都能使用。”“为了做到这一点，我知道它必须是可重复使用的，适合各种各样的人，并且易于制造。”

Kaveh与研究生Carolyn Schwendeman共同领导了这项研究，并与加州大学伯克利分校的Ana Arias实验室合作设计了三种尺寸的耳机:小、中、大。该耳机采用悬臂式设计，采用多个电极，向耳道施加温和的外部压力，并使用柔性电子设备确保舒适的配合。信号通过定制的低功耗无线电子接口读出。

在2020年的一篇论文中，研究人员表明，这些耳机可以检测到许多生理信号，包括眨眼、脑电波和听觉稳态反应，这是大脑对听到稳定音调的反应。在这项新研究中，他们改进了耳机的设计，并结合了机器学习来演示耳机如何在现实世界中使用。

作为实验的一部分，他们要求9名志愿者戴上耳机，在一个黑暗的房间里做一系列无聊的任务。每隔一段时间，志愿者被要求评估他们的困倦程度，并测量他们的反应时间。

Kaveh说:“我们发现，即使耳机的信号质量看起来更差，我们仍然可以以与更复杂、更笨重的系统相同的精度来区分睡意的开始。”这款耳机在对新用户的睡意进行分类时也保持了准确性，这是一款可以“开箱即用”的设备的特点。

在巴卡尔奖学金和巴卡尔奖的支持下，穆勒开发了耳朵脑电图，他正在继续完善设计并探索该设备的其他潜在应用，该设备还可以记录脑电图之外的信号，如心跳、眼球运动和下巴紧咬。

穆勒说:“无线耳塞是我们一直都在戴的东西。“这就是为什么Ear EEG在可穿戴设备上如此引人注目。它不需要任何额外的东西。”

这项研究得到了福特大学研究项目和巴卡尔火花奖的部分支持。