웨어러블 스캐너는 이동 중인 사람들의 뇌 기능을 측정합니다.

영국에 기반을 둔 연구팀은 사람들이 서 있고 걷는 동안 뇌 기능을 측정할 수 있는 웨어러블 뇌 스캐너를 만들어 움직임에 영향을 미치는 신경학적 문제를 더 잘 이해하고 진단할 수 있는 길을 열었습니다.

프로젝트의 일환으로 University of Nottingham이 이끄는 팀은 소형 센서와 정밀 자기장 제어를 결합하여 뇌에서 생성된 미세한 자기장을 측정하여 자연스러운 움직임 중에 매우 정확한 기록을 할 수 있도록 했습니다. 에 제시된 결과 NeuroImage, MEG(magnetoencephalography) 기록 중에 움직임의 자유를 가능하게 하기 위해 팀이 광학 펌프 자력계(OPM)로 알려진 약 60개의 각설탕 크기의 자기장 센서를 경량 착용형 헬멧에 장착한 방법을 설명합니다.

As 나일 홈즈연구를 이끈 노팅엄 대학의 연구원은 이 프로젝트가 우리가 걷는 법을 배울 때 뇌에서 일어나는 일에 대한 이해를 심화하기 위해 "완전히 자연스러운 환경"에서 인간의 뇌 기능을 영상화하는 데 초점을 맞추고 있다고 설명합니다. 움직임이 손상되거나 통제할 수 없는 상태에 있는 환자의 뇌에서 무엇이 잘못되었는지.

"MRI 스캐너와 같은 기존의 신경 영상 시스템은 우리가 자연스러운 움직임을 수행하기에는 너무 제한적이며 움직임 중 EEG 기록은 인공물에 휩싸인 데이터를 생성합니다."라고 Holmes는 말합니다.

건초 더미에서 바늘

뇌의 뉴런은 관련 자기장을 생성하는 전위 및 뉴런 전류를 통해 통신합니다. MEG 기록으로 머리 외부의 이러한 필드를 측정하면 연구원은 고유하게 높은 시공간 정밀도로 기본 신경 활동을 결정할 수 있습니다. 그러나 Holmes에 따르면 이 프로세스는 상당한 도전 과제를 제시합니다.

“신경 자기장은 펨토테슬라 수준에 있으며, 지구 자기장보다 XNUMX억 배 이상 작으며 주 전원 및 움직이는 차량과 같은 소스에서 생성된 자기장보다 훨씬 더 작습니다. 건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 같습니다.”라고 그는 말합니다.

이 한계를 해결하기 위해 팀은 루비듐 원자 증기로 채워진 유리 셀을 통해 레이저 빛의 전송을 측정하여 작동하는 매우 정확한 OPM을 만들기 위해 양자 기술의 소형화에 대한 최근 개발을 기반으로 구축했습니다. 레이저는 원자를 광학적으로 펌핑하여 전자 스핀을 정렬합니다. 자기장이 XNUMX이면 모든 스핀이 정렬되고 더 이상 레이저 광을 흡수할 수 없으므로 유리 셀을 빠져나가는 레이저 광의 강도 측정값이 최대가 됩니다.

“작은 자기장이 세포 근처에 가해지면 스핀이 정렬되지 않고 펌핑 레이저와 재정렬하기 위해 레이저 광의 더 많은 광자를 흡수해야 합니다. 광자가 흡수됨에 따라 측정된 강도가 감소합니다.”라고 Holmes는 설명합니다. "세포를 통해 전송되는 레이저 광의 강도를 모니터링함으로써 우리는 원자가 경험하는 국지적 자기장을 추론할 수 있습니다."

매트릭스 코일

Nottingham 팀은 또한 각각 개별적으로 제어 가능한 전류를 가진 작고 단순한 단위 코일로 만든 새로운 유형의 능동 자기 차폐인 "매트릭스 코일"을 개발했습니다. MSR). 이를 통해 환자가 자유롭게 움직일 때 OPM이 계속 작동할 수 있습니다.

“매트릭스 코일을 사용하여 우리는 걷는 동안 정확한 MEG 데이터를 얻을 수 있음을 처음으로 시연했습니다. 이것은 기존의 신경 영상 시스템으로는 불가능했을 많은 임상 및 신경과학적 패러다임의 토대를 마련합니다.”라고 Holmes는 말합니다.

"예를 들어, 파킨슨병, 뇌진탕, 보행 실조증과 같이 움직임과 균형에 영향을 미치는 장애가 있는 환자를 스캔하면 가장 어렵다고 생각하는 움직임과 관련된 뇌 네트워크를 직접 활성화하여 신경 상관 관계에 대한 민감도를 높일 수 있습니다. 장애"라고 덧붙였다.

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Holmes에 따르면 움직임의 자유는 또한 공간 탐색 및 자연적인 사회적 상호 작용에 대한 연구뿐만 아니라 세로 신경 발달 연구 및 발작 중 간질 활동의 기록을 가능하게 합니다. 그렇게 함으로써 그는 "연구자와 임상의를 위한 완전히 다른 경계 세트"라고 설명하는 것을 만듭니다.

“이 분야에서 우리가 무엇을 배울 수 있을지 생각하는 것은 신나는 일입니다. 스핀아웃 회사와 함께 기술 상용화를 진행하고 있습니다. Cerca 자기학 이러한 새로운 연구를 가능하게 합니다.”라고 그는 말합니다.

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