Wearable Monitors Advances in microelectronics have yielded high-quality devices that allow for intensive signal collection or transmission. S. Xu et al. (p. 70 ) show how to make a soft wearable system that is constructed like a stretchable circuit board, where the electronic components are bridged electrically by thin, meandering conducting traces that float in a highly visco-elastic polymer. A complete soft circuit capable of multisignal physiological sensing on skin was created, with potential for use in health monitoring or neonatal care.

REVIEW article Front. Psychol., 19 May 2011Sec. Perception Science volume 2 - 2011 | https://doi.org/10.3389/fpsyg.2011.00099

Research in stretchable electronics involves fundamental scientific topics relevant to applications with importance in human healthcare. Despite significant progress in active components, routes to mechanically robust construction are lacking. Here, we introduce materials and composite designs for thin, breathable, soft electronics that can adhere strongly to the skin, with the ability to be applied and removed hundreds of times without damaging the devices or the skin, even in regions with substantial topography and coverage of hair. The approach combines thin, ultralow modulus, cellular silicone materials with elastic, strain-limiting fabrics, to yield a compliant but rugged platform for stretchable electronics. Theoretical and experimental studies highlight the mechanics of adhesion and elastic deformation. Demonstrations include cutaneous optical, electrical and radio frequency sensors for measuring hydration state, electrophysiological activity, pulse and cerebral oximetry. Multipoint monitoring of a subject in an advanced driving simulator provides a practical example. The development of stretchable electronics has created a number of interesting applications, including in healthcare. Here, the authors present a stretchable and adhesive electronic skin patch capable of monitoring hydration state, electrophysiological activity, pulse and cerebral oximetry.

Abstract In this study, we used an oddball EEG bicycle paradigm to study how changes in urban environments elicit changes in EEG markers. Participants completed an auditory oddball task while riding in three different cycling lane environments. A low traffic condition where participants rode in a fully separated bike lane alongside a quiet residential street, an intermediate traffic condition where participants rode alongside a busy residential street in a painted lane, and a heavy traffic condition where participants rode alongside fast/heavy traffic on a shared-use path. Relative to the low traffic, heavy traffic was associated with faster reaction time and a trend towards reduced accuracy, and increased N1 amplitude evoked by the standard tones. We attribute this difference in N1 amplitude to different attentional demands evoked by the different traffic conditions. In this fashion, heavy traffic requires greater auditory filtering. Furthermore, we found no differences in P3 amplitude associated with the traffic conditions. We discuss the implications of mobile paradigms to study attention in real-world settings.

Abstract Detection of visual stimuli fluctuates over time, and these fluctuations have been shown to correlate with time-domain evoked activity and frequency-domain periodic activity. However, it is unclear if these fluctuations are related to a change in guess rate, perceptual quality, or both. Here we determined whether the quality of perception randomly varies across trials or is fixed so that the variability is the same. Then we estimated how perceptual quality and guess rate on an orientation perception task relates to EEG activity. Response errors were fitted to variable precision models and the standard mixture model to determine whether perceptual quality is from a varying or fixed distribution. Overall, the best fit was the standard mixture model that assumes response variability can be defined by a fixed distribution. The power and phase of 2-7 Hz post-target activities were found to vary along with task performance in that more accurate trials had greater power, and the preferred phase differed significantly between accurate and guess trials. Guess rate and σ were significantly lower on trials with high 2-3 Hz power than low and the difference started around 250 ms post-target. These effects coincide with changes in the P3 ERP: there was a more positive deflection in the accurate trials vs guesses. These results suggest that the spread of errors (perceptual quality) can be characterized by a fixed range of values. Where the errors fall within that range is modulated by the post-target power in the lower frequency bands and their analogous ERPs.

The phase of alpha (8-12 Hz) brain oscillations have been associated with moment to moment changes in visual attention and awareness. Previous work has demonstrated that endogenous oscillations and subsequent behavior can be modulated by oscillating transcranial current stimulation (otCS). The purpose of the current study is to establish the efficacy of cathodal otCS for modulation of the ongoing alpha brain oscillations, allowing for modulation of individuals visual perception. Thirty-six participants performed a target detection with sham and 10-Hz cathodal otCS. Each participant had two practice and two experimental sets composed of three blocks of 128 trials per block. Stimulating electrodes were small square sponges (20 cm2) placed on the participant's head with the anode electrode at Cz and the cathode electrode at Oz. A 0.5 mA current was applied at the cathode electrode every 100 ms (10 Hz frequency) during the otCS condition. The same current and frequency was applied for the first 10-20 s of the sham condition, after which the current was turned off. Target detection rates were separated into ten 10-ms bins based on the latency between the stimulation/sham pulse and target onset. Target detection rates were then compared between the sham and otCS experimental conditions across the ten bins in order to test for effects of otCS phase on target detection. We found no significant difference in target detection rates between the sham and otCS conditions, and discuss potential reasons for the apparent inability of cathodal otCS to effectively modulate visual perception.

Background: Electroencephalography (EEG) experiments often require several computers to ensure accurate stimulus presentation and data collection. However, this requirement can make it more difficult to perform such experiments in mobile settings within, or outside, the laboratory. New Method: Computer miniaturisation and increasing processing power allow for EEG experiments to become more portable. Our goal is to show that a Latte Panda, a small Windows 10 computer, can be used to accurately collect EEG data in a similar manner to a laptop. Using a stationary bike, we also demonstrate that the Latte Panda will allow for more portable EEG experiments. Results: Significant and reliable MMN and P3 responses, event-related potentials (ERPs) typically associated with auditory oddball tasks, were observed and were consistent when using either the laptop or Latte Panda for EEG data collection. Similar MMN and P3 ERPs were also measured in the sitting and stationary biking conditions while using a Latte Panda for data collection. Comparison with Existing Method: Data recorded by the Latte Panda computer produced comparable and equally reliable results to the laptop. As well, similar ERPs during sitting and biking would suggest that EEG experiments can be conducted in more mobile situations despite the increased noise and artefacts associated with muscle movement. Conclusions: Our results show that the Latte Panda is a low-cost, more portable alternative to a laptop computer for recording EEG data. Such a device will further allow for more portable and mobile EEG experimentation in a wider variety of environments.

Abstract Recent advancements in portable computer devices have opened new avenues in the study of human cognition outside research laboratories. This flexibility in methodology has led to the publication of several Electroencephalography (EEG) studies recording brain responses in real-world scenarios such as cycling and walking outside. In the present study, we tested the classic auditory oddball task while participants moved around an indoor running track using an electric skateboard. This novel approach allows for the study of attention in motion while virtually removing body movement. Using the skateboard auditory oddball paradigm, we found reliable and expected standard-target differences in the P3 and MMN/N2b event-related potentials (ERPs). We also recorded baseline EEG activity and found that, compared to this baseline, alpha power is attenuated in frontal and parietal regions during skateboarding. In order to explore the influence of motor interference in cognitive resources during skateboarding, we compared participants’ preferred riding stance (baseline level of riding difficulty) vs their non-preferred stance (increased level of riding difficulty). We found that an increase in riding difficulty did not modulate the P3 and tonic alpha amplitude during skateboard motion. These results suggest that increases in motor demands might not lead to reductions in cognitive resources as shown in previous literature.

Recreational use of concentrated oxygen has increased. Claims have been made that hyperoxic breathing can help reduce fatigue, increase alertness, and improve attentional capacities; however, few systematic studies of these potential benefits exist. Here we examined the effects of short-term (15 minute) hyperoxia on resting-states in awake human subjects by measuring spontaneous EEG activity between normoxic and hyperoxic situations, using a within-subjects design for both eyes-opened and eyes-closed conditions. We also measured respiration rate, heart rate, and blood oxygen saturation levels to correlate basic physiological changes due to the hyperoxic challenge with any brain activity changes. Our results show that breathing short term 100% oxygen led to increased blood-oxygen saturation levels, decreased heart rate, and a slight, but non-significant, decrease in breathing rate. Changes of brain activity were apparent, including decreases in low-alpha (7-10 Hz), high-alpha (10-14 Hz), beta (14-30 Hz), and gamma (30-50 Hz) frequency ranges during eyes-opened hyperoxic conditions. During eyes-closed hyperoxia, increases in the delta (0.5-3.5 Hz) and theta (3.5-7 Hz) frequency range were apparent together with decreases in the beta range. Hyperoxia appeared to accentuate the decrease of low alpha and gamma ranges across the eyes-opened and closed conditions suggesting that it modulated brain state itself. As decreased alpha during eyes-opened conditions has been associated with increased attentional processing and selective attention, and increased delta and theta during eyes-closed condition are typically associated with the initiation of sleep, our results suggest a state-specific and perhaps opposing influence of short-term hyperoxia.

Heart rate, measured in beats per minute (BPM), can be used as an index of an individual's physiological state. Each time the heart beats, blood is expelled and travels through the body. This blood flow can be detected in the face using a standard webcam that is able to pick up subtle changes in color that cannot be seen by the naked eye. Due to the light absorption spectrum of blood, we are able to detect differences in the amount of light absorbed by the blood traveling just below the skin (i.e., photoplethysmography). By modulating emotional and physiological stress -- i.e., viewing arousing images and sitting vs. standing, respectively -- to elicit changes in heart rate, we explored the feasibility of using a webcam as a psychophysiological measurement of autonomic activity. We found a high level of agreement between established physiological measures, electrocardiogram (ECG), and blood pulse oximetry, and heart rate estimates obtained from the webcam. We thus suggest webcams can be used as a non-invasive and readily available method for measuring psychophysiological changes, easily integrated into existing stimulus presentation software and hardware setups.