ماسح ضوئي قابل للارتداء يقيس وظائف المخ لدى الأشخاص المتنقلين - عالم الفيزياء

ابتكر فريق بحثي مقره المملكة المتحدة ماسحًا ضوئيًا للدماغ يمكن ارتداؤه يمكنه قياس وظائف الدماغ أثناء وقوف الناس ويتجولون ، مما يمهد الطريق لفهم وتشخيص أفضل للمشاكل العصبية التي تؤثر على الحركة.

كجزء من المشروع ، قام فريق بقيادة جامعة نوتنغهام بدمج أجهزة استشعار مضغوطة مع تحكم دقيق في المجال المغناطيسي لقياس المجالات المغناطيسية الصغيرة التي يولدها الدماغ ، مما يتيح إجراء تسجيلات دقيقة للغاية أثناء الحركة الطبيعية. النتائج المعروضة في NeuroImageوصف كيف قام الفريق بتركيب حوالي 60 مستشعرًا للمجال المغناطيسي بحجم مكعب السكر ، والمعروف باسم أجهزة قياس المغناطيسية التي يتم ضخها بصريًا (OPMs) ، في خوذات خفيفة الوزن يمكن ارتداؤها لتمكين حرية الحركة أثناء تسجيل تخطيط الدماغ المغناطيسي (MEG).

As نيال هولمز، زميل باحث في جامعة نوتنغهام ، والذي قاد البحث ، يوضح أن المشروع يركز على تصوير وظيفة الدماغ البشري في "إعدادات طبيعية تمامًا" لتعميق فهم ما يحدث في أدمغتنا عندما نتعلم المشي - أو ما الخطأ الذي يحدث في أدمغة المرضى الذين يعانون من ظروف تصبح فيها الحركة ضعيفة أو لا يمكن السيطرة عليها.

يقول هولمز: "أنظمة التصوير العصبي التقليدية ، مثل ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي ، هي ببساطة شديدة التقييد بالنسبة لنا لأداء الحركات الطبيعية ، وتسجيلات مخطط كهربية الدماغ أثناء الحركات تنتج بيانات ممزقة بالأعمال اليدوية".

إبرة في كومة قش

تتواصل الخلايا العصبية في الدماغ عبر الإمكانات الكهربائية والتيارات العصبية التي تنتج مجالًا مغناطيسيًا مرتبطًا. يسمح قياس هذه الحقول خارج الرأس باستخدام تسجيلات MEG للباحثين بتحديد النشاط العصبي الأساسي بدقة عالية ومكانية زمانية عالية بشكل فريد. ومع ذلك ، وفقًا لهولمز ، تمثل هذه العملية تحديًا كبيرًا.

تقع الحقول المغناطيسية العصبية على مستوى الفيمتوتيسلا ، وهي أصغر بمليار مرة من المجال المغناطيسي للأرض ، والعديد من الرتب أصغر من الحقول المغناطيسية الناتجة عن مصادر مثل الكهرباء الرئيسية والمركبات المتحركة ؛ إنه يشبه البحث عن إبرة في كومة قش ".

لمعالجة هذا القيد ، بنى الفريق على التطورات الأخيرة في تصغير التقنيات الكمومية لإنشاء وحدات OPM عالية الدقة تعمل عن طريق قياس انتقال ضوء الليزر عبر خلية زجاجية مملوءة ببخار من ذرات الروبيديوم. يضخ الليزر الذرات بصريًا ، مما يؤدي إلى محاذاة دوران الإلكترون. في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي ، يتم محاذاة جميع السبينات ، ولا يمكن امتصاص المزيد من ضوء الليزر ، لذلك يكون قياس شدة ضوء الليزر الخارج من الخلية الزجاجية بحد أقصى.

"عندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي صغير بالقرب من الخلية ، فإن السبينات تسقط عن المحاذاة ، وتحتاج إلى امتصاص المزيد من فوتونات ضوء الليزر لإعادة المحاذاة مع ضخ الليزر. يشرح هولمز: "عندما يتم امتصاص الفوتونات ، تنخفض الشدة المقاسة". "من خلال مراقبة شدة ضوء الليزر الذي ينتقل عبر الخلية ، يمكننا استنتاج المجال المغناطيسي المحلي الذي تختبره الذرات."

ملف المصفوفة

طور فريق نوتنغهام أيضًا "ملف مصفوفة" - وهو نوع جديد من التدريع المغناطيسي النشط المصنوع من ملفات صغيرة وبسيطة ووحدة ، ولكل منها تيار يمكن التحكم فيه بشكل فردي - يمكن إعادة تصميمه في الوقت الفعلي لحماية أي منطقة في غرفة محمية مغناطيسيًا ( MSR). هذا يسمح لـ OPMs بالاستمرار في العمل بينما يتحرك المرضى بحرية.

"باستخدام ملف المصفوفة الخاص بنا ، أظهرنا ، لأول مرة ، أنه يمكن الحصول على بيانات MEG الدقيقة أثناء الحركات المتنقلة. هذا يضع الأساس للعديد من النماذج السريرية وعلم الأعصاب التي قد تكون مستحيلة باستخدام أنظمة التصوير العصبي التقليدية ، "كما يقول هولمز.

"على سبيل المثال ، سيؤدي مسح المرضى الذين يعانون من اضطرابات تؤثر على الحركة والتوازن ، مثل مرض باركنسون والارتجاجات وترنح المشي ، إلى تنشيط شبكات الدماغ المرتبطة بالحركات التي يجدونها أكثر صعوبة ، مما يزيد من حساسيتنا تجاه الارتباطات العصبية الخاصة بـ الاضطرابات "، ويضيف.

تحصل Cerca Magnetics على جائزة qBIG للابتكار الكمي

وفقًا لهولمز ، تتيح حرية الحركة أيضًا إجراء دراسات حول الملاحة المكانية والتفاعل الاجتماعي الطبيعي ، بالإضافة إلى دراسات النمو العصبي الطولية وتسجيل نشاط الصرع أثناء النوبات. وبذلك ، فإنه يخلق ما يصفه بأنه "مجموعة مختلفة تمامًا من الحدود للباحثين والأطباء".

"من المثير التفكير فيما قد نكون قادرين على تعلمه في هذه المجالات. نحن الآن بصدد تسويق التكنولوجيا مع شركتنا المنبثقة مغناطيس سيركا لتمكين هذه الدراسات الجديدة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/wearable-scanner-measures-brain-function-in-people-on-the-move/