اسکنر پوشیدنی عملکرد مغز افراد در حال حرکت را اندازه گیری می کند - دنیای فیزیک

اسکنر پوشیدنی عملکرد مغز افراد در حال حرکت را اندازه گیری می کند - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 27 ژوئن 2023 ساعت 4:45 صبح

نایل هلمز محقق از کلاه ایمنی تصویربرداری مغز استفاده می کند
MEG پوشیدنی محقق نایل هلمز از کلاه ایمنی تصویربرداری مغز استفاده می کند. سیستم محافظ مغناطیسی سیم پیچ ماتریسی در پشت سر او دیده می شود. (تخصص: دانشگاه ناتینگهام)

یک تیم تحقیقاتی مستقر در بریتانیا یک اسکنر مغز پوشیدنی ایجاد کرده است که می تواند عملکرد مغز را در حالی که افراد ایستاده و راه می روند، اندازه گیری کند و راه را برای درک و تشخیص بهتر مشکلات عصبی که بر حرکت تأثیر می گذارد، هموار کند.

به عنوان بخشی از این پروژه، تیمی به رهبری دانشگاه ناتینگهام حسگرهای فشرده را با کنترل میدان مغناطیسی دقیق ترکیب کردند تا میدان‌های مغناطیسی کوچک تولید شده توسط مغز را اندازه‌گیری کنند و ضبط‌های بسیار دقیقی را در حین حرکت طبیعی انجام دهند. نتایج، ارائه شده در NeuroImageتوضیح دهید که چگونه این تیم حدود 60 حسگر میدان مغناطیسی به اندازه یک حبه قند، معروف به مغناطیس‌سنج‌های پمپ شده نوری (OPMs) را در کلاه‌های پوشیدنی سبک وزن نصب کردند تا آزادی حرکت را در طول ضبط مگنتوآنسفالوگرافی (MEG) فراهم کنند.

As نایل هلمزمحقق دانشگاه ناتینگهام که این تحقیق را رهبری می کند، توضیح می دهد که این پروژه بر تصویربرداری از عملکرد مغز انسان در "محیط های کاملا طبیعی" تمرکز دارد تا درک عمیق تر از آنچه در مغز ما هنگام یادگیری راه رفتن رخ می دهد - یا چه چیزی در مغز بیماران مبتلا به شرایطی که حرکت مختل یا غیرقابل کنترل می شود، اشتباه می کند.

هولمز می‌گوید: «سیستم‌های تصویربرداری عصبی مرسوم، مانند اسکنرهای MRI، برای انجام حرکات طبیعی برای ما بسیار محدودکننده هستند و ضبط EEG در طول حرکات، داده‌های مصنوع را تولید می‌کند.

سوزن در انبار کاه

نورون‌های مغز از طریق پتانسیل‌های الکتریکی و جریان‌های عصبی که یک میدان مغناطیسی مرتبط را تولید می‌کنند، ارتباط برقرار می‌کنند. اندازه‌گیری این میدان‌ها در خارج از سر با ضبط‌های MEG به محققان این امکان را می‌دهد تا فعالیت‌های عصبی زمینه‌ای را با دقت فضایی و زمانی بالا مشخص کنند. با این حال، به گفته هولمز، این فرآیند چالش مهمی را به همراه دارد.

میدان‌های مغناطیسی عصبی در سطح فمتوتسلا هستند، بیش از یک میلیارد بار کوچک‌تر از میدان مغناطیسی زمین، و تعداد زیادی مرتبه کوچک‌تر از میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط منابعی مانند برق اصلی و وسایل نقلیه متحرک. مثل این است که در انبار کاه به دنبال سوزن بگردیم.

برای رفع این محدودیت، این تیم بر اساس پیشرفت‌های اخیر در کوچک‌سازی فناوری‌های کوانتومی برای ایجاد OPM‌های بسیار دقیقی که با اندازه‌گیری انتقال نور لیزر از طریق سلول شیشه‌ای پر از بخار اتم‌های روبیدیم کار می‌کنند، کار می‌کنند. لیزر به صورت نوری اتم ها را پمپ می کند که اسپین های الکترون را هم تراز می کند. در میدان مغناطیسی صفر، همه اسپین ها در یک راستا قرار می گیرند و دیگر نور لیزر نمی تواند جذب شود، بنابراین اندازه گیری شدت نور لیزری که از سلول شیشه ای خارج می شود حداکثر است.

هنگامی که یک میدان مغناطیسی کوچک در نزدیکی سلول اعمال می‌شود، اسپین‌ها از تراز خارج می‌شوند و نیاز به جذب فوتون‌های بیشتری از نور لیزر دارند تا دوباره با لیزر پمپاژ شونده هماهنگ شوند. هولمز توضیح می دهد که با جذب فوتون ها، شدت اندازه گیری شده کاهش می یابد. با نظارت بر شدت نور لیزری که از طریق سلول منتقل می‌شود، می‌توانیم میدان مغناطیسی محلی تجربه شده توسط اتم‌ها را استنباط کنیم.

سیم پیچ ماتریسی

تیم ناتینگهام همچنین یک "سیم پیچ ماتریسی" - نوع جدیدی از محافظ مغناطیسی فعال ساخته شده از سیم پیچ های کوچک، ساده و واحد، که هر یک دارای جریان قابل کنترل جداگانه هستند - توسعه دادند که می تواند در زمان واقعی برای محافظت از هر منطقه در یک اتاق دارای محافظ مغناطیسی مجدد طراحی شود. MSR). این به OPM ها اجازه می دهد تا با حرکت آزادانه بیماران به فعالیت خود ادامه دهند.

ما با استفاده از سیم پیچ ماتریس خود، برای اولین بار نشان دادیم که داده های MEG دقیق را می توان در طول حرکات سرپایی به دست آورد. هولمز می‌گوید که این زمینه را برای بسیاری از پارادایم‌های بالینی و علوم اعصاب ایجاد می‌کند که با استفاده از سیستم‌های تصویربرداری عصبی مرسوم غیرممکن است.

به عنوان مثال، اسکن بیماران مبتلا به اختلالاتی که بر حرکت و تعادل تأثیر می گذارد، مانند بیماری پارکینسون، ضربه های مغزی و آتاکسی راه رفتن، مستقیماً شبکه های مغزی مرتبط با حرکاتی را فعال می کند که آنها بیشترین چالش را پیدا می کنند و حساسیت ما به همبستگی های عصبی را افزایش می دهد. اختلالات،” او اضافه می کند.

به گفته هولمز، آزادی حرکت همچنین امکان مطالعات ناوبری فضایی و تعامل اجتماعی طبیعی و همچنین مطالعات توسعه عصبی طولی و ثبت فعالیت صرعی در طول تشنج را فراهم می کند. با انجام این کار، چیزی را ایجاد می کند که او به عنوان «مجموعه ای کاملاً متفاوت از مرزها برای محققان و پزشکان» توصیف می کند.

فکر کردن به چیزهایی که می‌توانیم در این زمینه‌ها یاد بگیریم، هیجان‌انگیز است. ما اکنون در فرآیند تجاری سازی فناوری با شرکت اسپین اوت خود هستیم سرکا مغناطیسی برای فعال کردن این مطالعات جدید،” او می گوید.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک