A hordható szkenner mozgásban lévő emberek agyműködését méri – Physics World

A hordható szkenner mozgásban lévő emberek agyműködését méri – Physics World

Időbélyeg: 27. június 2023. 4:45

Niall Holmes kutató agyi képalkotó sisakot visel
Viselhető MEG Niall Holmes kutató agyi képalkotó sisakot visel; a mátrix tekercs mágneses árnyékoló rendszere látható mögötte. (Jóvolt: Nottinghami Egyetem)

Egy brit kutatócsoport olyan hordható agyszkennert hozott létre, amely képes mérni az agy működését, miközben az emberek állnak és sétálnak, így előkészítve az utat a mozgást befolyásoló neurológiai problémák jobb megértéséhez és diagnosztizálásához.

A projekt részeként a Nottinghami Egyetem vezette csapata kompakt szenzorokat kombinált precíziós mágneses térvezérléssel az agy által generált apró mágneses mezők mérésére, lehetővé téve a rendkívül pontos felvételek készítését a természetes mozgás során. Az eredmények, bemutatva a NeuroImage, írja le, hogyan szerelt fel a csapat körülbelül 60 kockacukor méretű mágneses térérzékelőt, úgynevezett optikailag pumpált magnetométert (OPM) könnyű, hordható sisakokba, hogy szabad mozgást biztosítson a magnetoencephalographiás (MEG) felvétel során.

As Niall Holmes, a Nottinghami Egyetem kutatója, a kutatás vezetője elmagyarázza, hogy a projekt az emberi agy működésének „teljesen természetes körülmények között” történő leképezésére összpontosít, hogy elmélyítse annak megértését, hogy mi történik az agyunkban, amikor megtanulunk járni – vagy mi megy rosszul azoknak a betegeknek az agyában, akiknek olyan állapotai vannak, amikor a mozgás károsodott vagy ellenőrizhetetlenné válik.

„A hagyományos idegrendszeri képalkotó rendszerek, például az MRI-szkennerek egyszerűen túl korlátozóak ahhoz, hogy természetes mozgásokat végezzünk, és a mozgás közbeni EEG-felvételek műtermékekkel teli adatokat eredményeznek” – mondja Holmes.

Tű a szénakazalban

Az agyban lévő neuronok elektromos potenciálokon és neuronális áramokon keresztül kommunikálnak, amelyek kapcsolódó mágneses teret hoznak létre. A fejen kívüli mezők MEG-felvételekkel történő mérése lehetővé teszi a kutatók számára, hogy egyedülállóan nagy tér- és időbeli pontossággal meghatározzák a mögöttes neuronális aktivitást. Holmes szerint azonban ez a folyamat jelentős kihívást jelent.

„A neuronok mágneses mezői a femtotesla szinten vannak, több mint egymilliárdszor kisebbek, mint a Föld mágneses mezeje, és sok nagyságrenddel kisebbek, mint a mágneses mezők, amelyeket olyan források generálnak, mint az elektromos hálózat és a mozgó járművek; olyan, mintha tűt keresnénk a szénakazalban – mondja.

Ennek a korlátnak a megoldása érdekében a csapat a kvantumtechnológiák miniatürizálása terén elért legújabb fejleményekre támaszkodott, hogy rendkívül pontos OPM-eket hozzon létre, amelyek a lézerfény átbocsátását egy rubídium atomok gőzével töltött üvegcellán keresztül mérik. A lézer optikailag pumpálja az atomokat, ami összehangolja az elektron spineket. Nulla mágneses térnél minden pörgés egy vonalban van, és nem tud több lézerfény elnyelni, így az üvegcellából kilépő lézerfény intenzitásának mérése a maximumon van.

"Ha kis mágneses mezőt alkalmaznak a cella közelében, a spinek kiesnek az összehangolásból, és több fotont kell elnyelniük a lézerfényből, hogy újra igazodjanak a pumpáló lézerhez. Ahogy a fotonok elnyelődnek, a mért intenzitás csökken” – magyarázza Holmes. "A sejten áthaladó lézerfény intenzitásának figyelésével következtethetünk az atomok által tapasztalt helyi mágneses térre."

Mátrix tekercs

A nottinghami csapat egy „mátrixtekercset” is kifejlesztett – egy új típusú aktív mágneses árnyékolást, amely kis, egyszerű, egyedileg szabályozható áramerősségű tekercsekből készül, és amely valós időben újratervezhető úgy, hogy egy mágnesesen árnyékolt helyiség bármely területét leárnyékolja ( MSR). Ez lehetővé teszi, hogy az OPM-ek továbbra is működjenek, miközben a betegek szabadon mozognak.

„A mátrix tekercsünk segítségével első alkalommal mutattuk be, hogy ambuláns mozgások során pontos MEG-adatok nyerhetők. Ez számos olyan klinikai és idegtudományi paradigma alapjait teremti meg, amelyek a hagyományos idegi képalkotó rendszerekkel lehetetlenek lennének” – mondja Holmes.

„Például a mozgást és az egyensúlyt befolyásoló rendellenességekben, például Parkinson-kórban, agyrázkódásban és járási ataxiában szenvedő betegek szkennelése közvetlenül aktiválja azokat az agyi hálózatokat, amelyek az általuk legnagyobb kihívást jelentő mozgásokhoz kapcsolódnak, növelve az érzékenységünket az idegrendszeri korrelátumok iránt. rendellenességek” – teszi hozzá.

Holmes szerint a mozgásszabadság lehetővé teszi a térbeli navigáció és a természetes társas interakció tanulmányozását, valamint longitudinális idegfejlődési vizsgálatokat és a rohamok alatti epilepsziás aktivitás rögzítését is. Ezáltal létrehozza azt, amit ő úgy ír le, mint „egy teljesen más határvonalat a kutatók és a klinikusok számára”.

„Izgalmas arra gondolni, hogy mit tanulhatunk ezeken a területeken. Jelenleg folyamatban van a technológia kereskedelmi forgalomba hozatala a spin-out cégünkkel Cerca Magnetics hogy lehetővé tegye ezeket az új tanulmányokat” – mondja.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa