ウェアラブルスキャナーが移動中の人々の脳機能を測定 – Physics World

英国を拠点とする研究チームは、人々が立ったり歩き回ったりしているときに脳機能を測定できるウェアラブル脳スキャナーを開発し、運動に影響を与える神経学的問題のより良い理解と診断への道を切り開きました。

プロジェクトの一環として、ノッティンガム大学主導のチームは、小型センサーと高精度の磁場制御を組み合わせて、脳によって生成される微小な磁場を測定し、自然な動き中に高精度の記録を行うことを可能にしました。 結果は、 ニューロイメージでは、研究チームが、光ポンピング磁力計（OPM）として知られる角砂糖ほどの大きさの磁場センサーを約 60 個、軽量のウェアラブル ヘルメットに取り付けて、脳磁図（MEG）記録中に自由に動けるようにした方法について説明しています。

As ナイル・ホームズ研究を主導したノッティンガム大学の研究員は、このプロジェクトは、私たちが歩くことを学ぶとき、あるいは歩くことを学ぶときに脳の中で何が起こるのかについて理解を深めるために、「完全に自然な環境」で人間の脳の機能を画像化することに焦点を当てていると説明している。運動が障害されたり、制御不能になったりする症状を持つ患者の脳で何が起こっているのか。

「MRI スキャナーなどの従来の神経画像システムは、私たちが自然な動きを行うには制限が多すぎます。また、動き中の脳波記録ではアーチファクトの多いデータが生成されます」とホームズ氏は言います。

干し草の山の針

脳内のニューロンは、関連する磁場を生成する電位とニューロン電流を介して通信します。 MEG 記録を使用して頭の外側のこれらの場を測定することにより、研究者は独自の高い時空間精度で根底にあるニューロン活動を決定することができます。 しかし、ホームズによれば、このプロセスには大きな課題があるという。

「神経磁場はフェムトテスラレベルで、地球の磁場よりもXNUMX億分のXNUMX以上小さく、主電源や走行車両などによって生成される磁場よりも何桁も小さい。 干し草の山から針を探すようなものです」と彼は言います。

この制限に対処するために、研究チームは、量子技術の小型化における最近の発展を基礎にして、ルビジウム原子の蒸気で満たされたガラスセルを通るレーザー光の透過率を測定することによって機能する高精度の OPM を作成しました。 レーザーは原子を光学的にポンピングし、電子のスピンを整えます。 ゼロ磁場では、すべてのスピンが整列し、それ以上のレーザー光は吸収されないため、ガラスセルから出るレーザー光の強度の測定値は最大になります。

「セルの近くに小さな磁場がかかると、スピンの配列が崩れ、ポンピングレーザーと再配列するためにより多くのレーザー光の光子を吸収する必要があります。 光子が吸収されると、測定される強度は減少します」とホームズ氏は説明します。 「細胞を透過するレーザー光の強度をモニタリングすることで、原子が受ける局所的な磁場を推測することができます。」

マトリックスコイル

ノッティンガムのチームは、「マトリックス コイル」も開発しました。これは、それぞれが個別に制御可能な電流を備えた小さくてシンプルなユニット コイルで作られた新しいタイプのアクティブ磁気シールドで、磁気シールドされた室内のあらゆる領域をシールドするためにリアルタイムで再設計できます ( MSR）。 これにより、患者が自由に移動しても OPM は機能し続けることができます。

「当社のマトリックス コイルを使用することで、歩行動作中に正確な MEG データを取得できることを初めて実証しました。 これは、従来の神経画像システムでは不可能だった多くの臨床および神経科学パラダイムの基礎を築きます」とホームズ氏は言います。

「たとえば、パーキンソン病、脳震盪、歩行失調など、動きやバランスに影響を与える疾患を持つ患者をスキャンすると、患者が最も困難と感じる動きに関連する脳ネットワークが直接活性化され、身体の神経相関に対する感受性が高まります。障害です」と彼は付け加えた。

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ホームズ氏によれば、移動の自由により、空間ナビゲーションや自然な社会的相互作用の研究、縦断的な神経発達研究や発作中のてんかん活動の記録も可能になります。 そうすることで、彼は「研究者と臨床医にとってまったく異なる境界線」と表現するものを生み出します。

「これらの分野で何が学べるかを考えるのはとても楽しいです。 現在、スピンアウトした会社でこの技術の商品化を進めています。 セルカマグネティックス これらの新しい研究を可能にするために」と彼は言います。

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