Misurazione di elettrooculogrammi di un subacqueo simulato sfruttando la conduttività dell’acqua di mare

Perché osservare gli occhi dei sub è importante

L’immersione apre un mondo nascosto, ma espone anche a rischi che possono diventare rapidamente gravi. I computer subacquei odierni registrano profondità e tempo, ma non sanno cosa il sub stia effettivamente vivendo — se è vigile, confuso o sul punto di perdere conoscenza. Poiché il battito di ciglia e i movimenti oculari riflettono attenzione e affaticamento mentale, poter leggere i segnali oculari sott’acqua potrebbe offrire un sistema di allerta precoce. Questo studio esplora un’idea sorprendentemente semplice: utilizzare la conduttività naturale dell’acqua di mare per misurare piccole tensioni intorno all’occhio, trasformando potenzialmente una maschera da sub ordinaria in un dispositivo di sicurezza intelligente.

Un nuovo modo di ascoltare il corpo sott’acqua

Sulla terraferma, l’attività oculare si registra di solito con telecamere che tracciano la pupilla o con elettrodi applicati intorno all’occhio per catturare gli elettrooculogrammi (EOG) — le piccole tensioni generate dal movimento del bulbo oculare. I sistemi a telecamere sono ingombranti e difficili da impermeabilizzare, mentre l’EOG convenzionale richiede più elettrodi fissati sulla pelle. Gli autori avevano mostrato in precedenza che l’oceano può funzionare come un grande contatto elettrico: se un elettrodo tocca il mare e un altro è isolato sul corpo, è possibile misurare segnali cardiaci e muscolari senza collegare entrambe le estremità con fili. In questo lavoro si chiedono se lo stesso metodo che sfrutta l’acqua di mare possa catturare i segnali EOG dei sub, fornendo informazioni su battiti di ciglia e direzione dello sguardo.

Trasformare una maschera da sub in un sensore

Per testare l’idea in laboratorio, otto uomini sani indossarono una maschera da sub standard adattata con semplici elettrodi medici. Due elettrodi “bersaglio” furono applicati con nastro sulla pelle vicino all’occhio destro all’interno dello spazio d’aria della maschera — uno sopra l’occhio e uno verso destra. Un terzo elettrodo “comune” fu fissato all’esterno della cornice della maschera, a contatto diretto con l’acqua salata in un piccolo serbatoio. Con il volontario a carponi e il volto immerso, la pelle attorno alla maschera toccava l’acqua, trasformando di fatto il volto del sub in un ampio elettrodo condiviso collegato tramite l’acqua di mare. I ricercatori amplificarono le piccole tensioni tra ciascun elettrodo bersaglio e l’elettrodo comune mentre la persona sbatteva le palpebre o spostava lo sguardo in alto, in basso, a sinistra e a destra seguendo un metronomo e marker visivi.

Leggere battiti di ciglia e direzione dello sguardo da segnali minimi

Le registrazioni mostrarono schemi chiari e ripetibili. Durante il battito regolare, la tensione all’elettrodo superiore generò picchi netti dell’ordine di qualche centinaio di microvolt, molto più pronunciati rispetto a quelli dell’elettrodo sul lato destro. Ciò indicava che i battiti di ciglia si rilevano più facilmente osservando il segnale sopra l’occhio. Quando i volontari alternavano lo sguardo tra marker sopra e sotto il punto centrale, il segnale dell’elettrodo superiore oscillava tra livelli positivi e negativi; guardare in alto o in basso produceva tensioni medie distinte. Per lo sguardo sinistra–destra, l’elettrodo di destra rispondeva più fortemente, con oscillazioni di tensione maggiori quando l’occhio si muoveva orizzontalmente. Combinando i segnali di entrambi gli elettrodi, il team riuscì a separare gli sguardi in alto, in basso, a sinistra e a destra in gruppi distinti, suggerendo che sia la direzione sia l’angolo approssimativo dello sguardo possono essere dedotti da questo semplice allestimento subacqueo.

Verificare la fisica dietro la maschera

Per capire il funzionamento, i ricercatori costruirono un modello elettrico di base dell’occhio e dei tessuti circostanti. La parte frontale dell’occhio (cornea) si comporta come un leggero polo positivo e la parte posteriore (retina) come un polo negativo, grosso modo come una piccola batteria. Quando l’occhio ruota, le distanze relative tra questa “batteria” interna e ciascun elettrodo cutaneo cambiano, alterando i percorsi di resistenza elettrica e le tensioni misurate. Nel loro modello hanno rappresentato questi percorsi come resistori e dimostrato matematicamente che spostare lo sguardo dal basso all’alto dovrebbe produrre una variazione di tensione misurabile su un singolo elettrodo laterale riferito a un elettrodo comune collegato all’acqua di mare. Hanno poi verificato il modello a terra usando tre elettrodi cutanei vicino all’occhio e osservato variazioni di tensione e relazioni coerenti con le loro previsioni, a sostegno della spiegazione fisica.

Cosa potrebbe significare per immersioni più sicure

Lo studio dimostra che battiti di ciglia e movimenti oculari di un sub possono essere rilevati sott’acqua usando l’acqua di mare come parte del circuito di misura. Con solo due piccoli elettrodi all’interno di una maschera e uno all’esterno a contatto con l’acqua, è possibile tracciare quando un sub sbatte le ciglia e dove sta guardando. Per un pubblico non specialistico, questo significa che in futuro le maschere da sub potrebbero monitorare silenziosamente sia i segni vitali sia segnali di affaticamento, distrazione o stress senza telecamere ingombranti o cablaggi complicati. Gli autori prevedono di affinare i loro modelli, migliorare i metodi di elaborazione del segnale e testare nuovi design di maschere in mare aperto. In ultima analisi, tale tecnologia potrebbe contribuire a prevenire incidenti avvisando i compagni di immersione o le squadre in superficie quando il corpo — e in particolare il cervello — di un sub non sta più affrontando bene l’ambiente subacqueo.

Citazione: Saiki, T., Araki, N., Nakatani, S. et al. Measuring electrooculograms of a simulated underwater diver by utilizing conductivity of seawater. Sci Rep 16, 5706 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35528-z

Parole chiave: tracciamento oculare subacqueo, sicurezza dei sub, elettrooculografia, conduttività dell’acqua di mare, sensori bioelettrici