Puettava skanneri mittaa liikkuvien ihmisten aivojen toimintaa – Physics World

Isossa-Britanniassa toimiva tutkimusryhmä on luonut puettavan aivoskannerin, joka voi mitata aivojen toimintaa ihmisten seistessä ja kävellessä, mikä tasoittaa tietä liikkumiseen vaikuttavien neurologisten ongelmien parempaan ymmärtämiseen ja diagnosointiin.

Osana projektia Nottinghamin yliopiston johtama tiimi yhdisti kompakteja antureita tarkan magneettikentän ohjaukseen mittaamaan aivojen synnyttämiä pieniä magneettikenttiä, mikä mahdollistaa erittäin tarkkojen tallenteiden tekemisen luonnollisen liikkeen aikana. Tulokset, esitelty v hermoston, kuvaile, kuinka tiimi asensi noin 60 sokerikuution kokoista magneettikenttäanturia, jotka tunnetaan nimellä optisesti pumpatut magnetometrit (OPM) kevyisiin puetettaviin kypäriin mahdollistaakseen liikkumisvapauden magnetoenkefalografian (MEG) tallennuksen aikana.

As Niall Holmes, tutkimusta johtanut Nottinghamin yliopiston tutkija selittää, että projekti keskittyy ihmisen aivojen toiminnan kuvaamiseen "täysin luonnollisissa olosuhteissa" syventääkseen ymmärrystä siitä, mitä aivoissamme tapahtuu, kun opimme kävelemään – tai mikä menee pieleen sellaisten potilaiden aivoissa, joiden liikkeet heikkenevät tai ovat hallitsemattomia.

"Perinteiset neuroimaging-järjestelmät, kuten MRI-skannerit, ovat yksinkertaisesti liian rajoittavia, jotta voimme suorittaa luonnollisia liikkeitä, ja liikkeiden aikana tehdyt EEG-tallenteet tuottavat artefakteja sisältävää dataa", Holmes sanoo.

Neula heinäsuovassa

Aivojen neuronit kommunikoivat sähköisten potentiaalien ja hermosoluvirtojen kautta, jotka tuottavat niihin liittyvän magneettikentän. Näiden pään ulkopuolisten kenttien mittaaminen MEG-tallennuksilla antaa tutkijoille mahdollisuuden määrittää taustalla olevan hermosolujen aktiivisuuden ainutlaatuisen suurella spatiotemporaalisella tarkkuudella. Holmesin mukaan tämä prosessi on kuitenkin merkittävä haaste.

"Neuronien magneettikentät ovat femtotesla-tasolla, yli miljardi kertaa pienempiä kuin Maan magneettikenttä ja monta suuruusluokkaa pienempiä kuin magneettikentät, jotka syntyvät lähteistä, kuten verkkosähköstä ja liikkuvista ajoneuvoista; se on kuin etsisi neulaa heinäsuovasta”, hän sanoo.

Tämän rajoituksen korjaamiseksi ryhmä rakensi kvanttiteknologioiden miniatyrisoinnin viimeaikaiseen kehitykseen luodakseen erittäin tarkkoja OPM:itä, jotka toimivat mittaamalla laservalon läpäisyä rubidiumatomien höyryllä täytettyjen lasikennon läpi. Laser pumppaa optisesti atomeja, mikä kohdistaa elektronien spinit. Nollassa magneettikentässä kaikki spinit ovat kohdakkain, eikä laservaloa voi enää absorboida, joten lasikennosta poistuvan laservalon intensiteetin mittaus on maksimissaan.

"Kun pieni magneettikenttä kohdistetaan solun lähelle, spinit putoavat linjauksesta ja niiden on absorboitava enemmän fotoneja laservaloa kohdistaakseen uudelleen pumppaavan laserin. Kun fotonit absorboituvat, mitattu intensiteetti pienenee”, Holmes selittää. "Seuraamalla solun läpi kulkevan laservalon voimakkuutta voimme päätellä atomien kokeman paikallisen magneettikentän."

Matriisikela

Nottingham-tiimi kehitti myös "matriisikelan" - uudentyyppisen aktiivisen magneettisuojauksen, joka on valmistettu pienistä, yksinkertaisista yksikkökeloista, joista jokaisessa on erikseen säädettävä virta - joka voidaan suunnitella uudelleen reaaliajassa suojaamaan mitä tahansa aluetta magneettisesti suojatussa huoneessa ( MSR). Tämän ansiosta OPM:t voivat jatkaa toimintaansa potilaiden liikkuessa vapaasti.

"Matriisikelaamme käyttämällä olemme osoittaneet ensimmäistä kertaa, että tarkkaa MEG-tietoa voidaan saada liikkuvien liikkeiden aikana. Tämä luo pohjan monille kliinisille ja neurotieteellisille paradigmoille, jotka olisivat mahdottomia käytettäessä perinteisiä hermokuvausjärjestelmiä”, Holmes sanoo.

”Esimerkiksi sellaisten potilaiden skannaus, joilla on liike- ja tasapainohäiriöitä, kuten Parkinsonin tauti, aivotärähdyksiä ja kävelyataksia, aktivoi suoraan aivoverkostoja, jotka liittyvät heidän mielestään haastavimpiin liikkeisiin, mikä lisää herkkyyttämme hermokorrelaateille. häiriöt", hän lisää.

Cerca Magnetics -laukut qBIG-palkinto kvanttiinnovaatiosta

Holmesin mukaan liikkumisvapaus mahdollistaa myös spatiaalisen navigoinnin ja luonnollisen sosiaalisen vuorovaikutuksen tutkimukset sekä pitkittäishermoston kehitystutkimukset ja epileptisen aktiivisuuden kirjaamisen kohtausten aikana. Näin tehdessään se luo hänen mukaansa "täysin erilaiset rajat tutkijoille ja kliinikoille".

”On jännittävää ajatella, mitä voisimme oppia näiltä alueilta. Olemme parhaillaan kaupallistamassa teknologiaa spin-out-yhtiömme kanssa Cerca Magnetics mahdollistaa nämä uudet tutkimukset", hän sanoo.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/wearable-scanner-measures-brain-function-in-people-on-the-move/