Pemindai yang dapat dikenakan mengukur fungsi otak pada orang yang sedang bepergian – Dunia Fisika

Pemindai yang dapat dikenakan mengukur fungsi otak pada orang yang sedang bepergian – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 27 Juni 2023 4

Peneliti Niall Holmes memakai helm pencitraan otak
MEG yang dapat dikenakan Peneliti Niall Holmes memakai helm pencitraan otak; sistem pelindung magnet koil matriks terlihat di belakangnya. (Sumber: Universitas Nottingham)

Tim peneliti yang berbasis di Inggris telah menciptakan pemindai otak yang dapat dipakai yang dapat mengukur fungsi otak saat orang berdiri dan berjalan-jalan, membuka jalan untuk pemahaman dan diagnosis masalah neurologis yang memengaruhi gerakan dengan lebih baik.

Sebagai bagian dari proyek, tim yang dipimpin University of Nottingham menggabungkan sensor kompak dengan kontrol medan magnet presisi untuk mengukur medan magnet kecil yang dihasilkan oleh otak, memungkinkan perekaman yang sangat akurat dilakukan selama gerakan alami. Hasilnya, disajikan dalam NeuroImage, jelaskan bagaimana tim memasang sekitar 60 sensor medan magnet seukuran kubus gula, yang dikenal sebagai optically pumped magnetometers (OPMs), ke dalam helm ringan yang dapat dipakai untuk memungkinkan kebebasan bergerak selama perekaman magnetoencephalography (MEG).

As Niall Holmes, peneliti di University of Nottingham, yang memimpin penelitian tersebut, menjelaskan, proyek tersebut berfokus pada pencitraan fungsi otak manusia dalam "pengaturan yang sepenuhnya alami" untuk memperdalam pemahaman tentang apa yang terjadi di otak kita saat kita belajar berjalan - atau dari apa yang salah di otak pasien dengan kondisi di mana gerakan menjadi terganggu atau tidak terkendali.

“Sistem neuroimaging konvensional, seperti pemindai MRI, terlalu membatasi kita untuk melakukan gerakan alami, dan rekaman EEG selama gerakan menghasilkan data yang dipenuhi artefak,” kata Holmes.

Jarum di tumpukan jerami

Neuron di otak berkomunikasi melalui potensi listrik dan arus saraf yang menghasilkan medan magnet terkait. Mengukur bidang-bidang ini di luar kepala dengan rekaman MEG memungkinkan para peneliti untuk menentukan aktivitas saraf yang mendasarinya dengan presisi spatiotemporal tinggi yang unik. Namun, menurut Holmes, proses ini menghadirkan tantangan yang signifikan.

“Medan magnet saraf berada pada tingkat femtotesla, lebih dari satu miliar kali lebih kecil dari medan magnet Bumi, dan banyak kali lipat lebih kecil dari medan magnet yang dihasilkan oleh sumber seperti listrik utama dan kendaraan yang bergerak; ini seperti mencari jarum di tumpukan jerami,” katanya.

Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim membangun perkembangan terbaru dalam miniaturisasi teknologi kuantum untuk membuat OPM yang sangat akurat yang bekerja dengan mengukur transmisi sinar laser melalui sel kaca yang diisi dengan uap atom rubidium. Laser secara optik memompa atom, yang menyelaraskan putaran elektron. Pada medan magnet nol, semua putaran diselaraskan, dan tidak ada lagi sinar laser yang dapat diserap, sehingga pengukuran intensitas sinar laser yang keluar dari sel kaca menjadi maksimal.

“Ketika medan magnet kecil diterapkan di dekat sel, putarannya tidak sejajar, dan perlu menyerap lebih banyak foton sinar laser untuk menyelaraskan kembali dengan laser yang memompa. Saat foton diserap, intensitas terukur berkurang, ”jelas Holmes. “Dengan memantau intensitas sinar laser yang ditransmisikan melalui sel, kami dapat menyimpulkan medan magnet lokal yang dialami oleh atom.”

Koil matriks

Tim Nottingham juga mengembangkan "kumparan matriks" - jenis baru pelindung magnetik aktif yang terbuat dari kumparan unit kecil, sederhana, masing-masing dengan arus yang dapat dikontrol secara individual - yang dapat didesain ulang secara real time untuk melindungi wilayah mana pun di ruangan yang dilindungi secara magnetis ( MSR). Ini memungkinkan OPM untuk terus berfungsi saat pasien bergerak bebas.

“Dengan menggunakan kumparan matriks kami, kami telah menunjukkan, untuk pertama kalinya, bahwa data MEG yang akurat dapat diperoleh selama pergerakan berjalan. Ini menetapkan dasar bagi banyak paradigma klinis dan ilmu saraf yang tidak mungkin menggunakan sistem neuroimaging konvensional, ”kata Holmes.

“Misalnya, pemindaian pasien dengan kelainan yang memengaruhi gerakan dan keseimbangan, seperti penyakit Parkinson, gegar otak, dan gait ataksia, akan secara langsung mengaktifkan jaringan otak yang terkait dengan gerakan yang menurut mereka paling menantang, meningkatkan kepekaan kita terhadap korelasi saraf dari gangguan,” tambahnya.

Menurut Holmes, kebebasan bergerak juga memungkinkan studi navigasi spasial dan interaksi sosial alami, serta studi perkembangan saraf longitudinal dan pencatatan aktivitas epilepsi selama kejang. Dengan melakukan itu, itu menciptakan apa yang dia gambarkan sebagai "seperangkat batasan yang sama sekali berbeda untuk peneliti dan dokter".

“Sangat menyenangkan memikirkan apa yang mungkin bisa kita pelajari di bidang ini. Kami sekarang sedang dalam proses mengkomersialkan teknologi dengan perusahaan spin-out kami Magnet Cerca untuk mengaktifkan studi baru ini, ”katanya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika