Lo scanner indossabile misura la funzione cerebrale nelle persone in movimento – Physics World

Un team di ricerca con sede nel Regno Unito ha creato uno scanner cerebrale indossabile in grado di misurare la funzione cerebrale mentre le persone sono in piedi e camminano, aprendo la strada a una migliore comprensione e diagnosi dei problemi neurologici che influenzano il movimento.

Nell'ambito del progetto, un team guidato dall'Università di Nottingham ha combinato sensori compatti con un controllo di precisione del campo magnetico per misurare minuscoli campi magnetici generati dal cervello, consentendo di effettuare registrazioni estremamente accurate durante il movimento naturale. I risultati, presentati in NeuroImage, descrivono come il team ha montato circa 60 sensori di campo magnetico delle dimensioni di una zolletta di zucchero, noti come magnetometri a pompaggio ottico (OPM), in caschi indossabili leggeri per consentire la libertà di movimento durante una registrazione magnetoencefalografica (MEG).

As Niall Holmes, ricercatore presso l'Università di Nottingham, che ha guidato la ricerca, spiega, il progetto si concentra sull'imaging della funzione del cervello umano in "ambienti completamente naturali" per approfondire la comprensione di ciò che accade nel nostro cervello quando impariamo a camminare - o di cosa va storto nel cervello dei pazienti con condizioni in cui il movimento diventa compromesso o incontrollabile.

"I sistemi di neuroimaging convenzionali, come gli scanner MRI, sono semplicemente troppo restrittivi per consentirci di eseguire movimenti naturali e le registrazioni EEG durante i movimenti producono dati pieni di artefatti", afferma Holmes.

Ago in un pagliaio

I neuroni nel cervello comunicano tramite potenziali elettrici e correnti neuronali che producono un campo magnetico associato. La misurazione di questi campi al di fuori della testa con le registrazioni MEG consente ai ricercatori di determinare l'attività neuronale sottostante con una precisione spaziotemporale straordinariamente elevata. Tuttavia, secondo Holmes, questo processo presenta una sfida significativa.

“I campi magnetici neuronali sono a livello di femtotesla, oltre un miliardo di volte più piccoli del campo magnetico della Terra, e molti ordini di grandezza più piccoli dei campi magnetici generati da fonti come l'elettricità di rete e i veicoli in movimento; è come cercare un ago in un pagliaio”, dice.

Per affrontare questa limitazione, il team si è basato sui recenti sviluppi nella miniaturizzazione delle tecnologie quantistiche per creare OPM altamente accurati che funzionano misurando la trasmissione della luce laser attraverso una cella di vetro riempita con un vapore di atomi di rubidio. Il laser pompa otticamente gli atomi, allineando gli spin degli elettroni. A campo magnetico zero, tutti gli spin sono allineati e non è più possibile assorbire luce laser, quindi una misurazione dell'intensità della luce laser che esce dalla cella di vetro è al massimo.

“Quando un piccolo campo magnetico viene applicato vicino alla cellula, gli spin non sono allineati e devono assorbire più fotoni di luce laser per riallinearsi con il laser di pompaggio. Man mano che i fotoni vengono assorbiti, l'intensità misurata diminuisce", spiega Holmes. "Monitorando l'intensità della luce laser che viene trasmessa attraverso la cellula, possiamo dedurre il campo magnetico locale sperimentato dagli atomi".

Bobina matrice

Il team di Nottingham ha anche sviluppato una "bobina a matrice" - un nuovo tipo di schermatura magnetica attiva composta da bobine piccole e semplici, ciascuna con corrente controllabile individualmente - che può essere riprogettata in tempo reale per schermare qualsiasi regione in una stanza schermata magneticamente ( MSR). Ciò consente agli OPM di continuare a funzionare mentre i pazienti si muovono liberamente.

“Utilizzando la nostra bobina a matrice abbiamo dimostrato, per la prima volta, che è possibile acquisire dati MEG accurati durante i movimenti deambulatori. Ciò pone le basi per molti paradigmi clinici e neuroscientifici che sarebbero impossibili utilizzando i sistemi di neuroimaging convenzionali", afferma Holmes.

“Ad esempio, la scansione di pazienti con disturbi che influenzano il movimento e l'equilibrio, come il morbo di Parkinson, le commozioni cerebrali e l'atassia dell'andatura, attiverà direttamente le reti cerebrali associate ai movimenti che trovano più impegnativi, aumentando la nostra sensibilità ai correlati neurali del disturbi”, aggiunge.

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Secondo Holmes, la libertà di movimento consente anche studi sulla navigazione spaziale e sull'interazione sociale naturale, nonché studi longitudinali sullo sviluppo neurologico e la registrazione dell'attività epilettica durante le crisi. In tal modo, crea quello che descrive come "un insieme di confini completamente diverso per ricercatori e clinici".

“È emozionante pensare a cosa potremmo essere in grado di imparare in queste aree. Ora stiamo commercializzando la tecnologia con la nostra società spin-out Cerca Magnetici per consentire questi nuovi studi “, dice.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/wearable-scanner-measures-brain-function-in-people-on-the-move/