Draagbare scanner meet hersenfunctie bij mensen onderweg - Physics World

Een in het VK gevestigd onderzoeksteam heeft een draagbare hersenscanner gemaakt die de hersenfunctie kan meten terwijl mensen staan ​​en rondlopen, wat de weg vrijmaakt voor een beter begrip en diagnose van neurologische problemen die van invloed zijn op beweging.

Als onderdeel van het project combineerde een team onder leiding van de Universiteit van Nottingham compacte sensoren met nauwkeurige magnetische veldcontrole om kleine magnetische velden te meten die door de hersenen werden gegenereerd, waardoor zeer nauwkeurige opnames konden worden gemaakt tijdens natuurlijke bewegingen. De resultaten, gepresenteerd in NeuroImagebeschrijven hoe het team ongeveer 60 magnetische veldsensoren ter grootte van een suikerklontje, ook wel optisch gepompte magnetometers (OPM's) genoemd, monteerde in lichtgewicht draagbare helmen om bewegingsvrijheid mogelijk te maken tijdens een magneto-encefalografie (MEG)-opname.

As Niall Holmes, research fellow aan de Universiteit van Nottingham, die het onderzoek leidde, legt uit dat het project zich richt op het in beeld brengen van de functie van het menselijk brein in "volledig natuurlijke omgevingen" om een ​​beter begrip te krijgen van wat er in onze hersenen gebeurt als we leren lopen - of van wat er misgaat in de hersenen van patiënten met aandoeningen waarbij beweging beperkt of oncontroleerbaar wordt.

"Conventionele neuroimaging-systemen, zoals MRI-scanners, zijn gewoon te beperkend voor ons om natuurlijke bewegingen uit te voeren, en EEG-opnamen tijdens bewegingen produceren door artefacten geteisterde gegevens", zegt Holmes.

Naald in een hooiberg

Neuronen in de hersenen communiceren via elektrische potentialen en neuronale stromen die een bijbehorend magnetisch veld produceren. Door deze velden buiten het hoofd te meten met MEG-opnamen, kunnen onderzoekers de onderliggende neuronale activiteit bepalen met een uniek hoge spatiotemporele precisie. Volgens Holmes vormt dit proces echter een grote uitdaging.

“De neuronale magnetische velden zijn op het femtotesla-niveau, meer dan een miljard keer kleiner dan het magnetische veld van de aarde, en vele ordes van grootte kleiner dan magnetische velden die worden gegenereerd door bronnen zoals elektriciteit uit het elektriciteitsnet en bewegende voertuigen; het is zoeken naar een speld in een hooiberg”, zegt hij.

Om deze beperking aan te pakken, bouwde het team voort op recente ontwikkelingen in de miniaturisatie van kwantumtechnologieën om zeer nauwkeurige OPM's te creëren die werken door de transmissie van laserlicht door een glazen cel gevuld met een damp van rubidiumatomen te meten. De laser pompt de atomen optisch, waardoor de elektronenspins worden uitgelijnd. Bij nul magnetisch veld zijn alle spins uitgelijnd en kan er geen laserlicht meer worden geabsorbeerd, dus een meting van de intensiteit van het laserlicht dat de glazen cel verlaat, is maximaal.

"Wanneer een klein magnetisch veld wordt aangelegd in de buurt van de cel, vallen de spins uit de uitlijning en moeten ze meer fotonen van laserlicht absorberen om opnieuw uit te lijnen met de pompende laser. Naarmate fotonen worden geabsorbeerd, neemt de gemeten intensiteit af”, legt Holmes uit. "Door de intensiteit van het laserlicht dat door de cel wordt uitgezonden te monitoren, kunnen we het lokale magnetische veld dat door de atomen wordt ervaren, afleiden."

Matrix spoel

Het Nottingham-team ontwikkelde ook een "matrixspoel" - een nieuw type actieve magnetische afscherming gemaakt van kleine, eenvoudige eenheidsspoelen, elk met individueel regelbare stroom - die in realtime opnieuw kan worden ontworpen om elk gebied in een magnetisch afgeschermde kamer (MSR) af te schermen. Hierdoor kunnen de OPM's blijven functioneren terwijl patiënten zich vrij kunnen bewegen.

“Met behulp van onze matrixspoel hebben we voor het eerst aangetoond dat nauwkeurige MEG-gegevens kunnen worden verkregen tijdens ambulante bewegingen. Dit legt de basis voor veel klinische en neurowetenschappelijke paradigma's die onmogelijk zouden zijn met conventionele neuroimaging-systemen", zegt Holmes.

"Het scannen van patiënten met stoornissen die beweging en evenwicht beïnvloeden, zoals de ziekte van Parkinson, hersenschudding en gangataxie, zal bijvoorbeeld direct de hersennetwerken activeren die verband houden met de bewegingen die zij het meest uitdagend vinden, waardoor onze gevoeligheid voor de neurale correlaten van de stoornissen toeneemt", voegt hij eraan toe.

Cerca Magnetics heeft de qBIG-prijs voor kwantuminnovatie in de wacht gesleept

Volgens Holmes maakt bewegingsvrijheid ook studies mogelijk van ruimtelijke navigatie en natuurlijke sociale interactie, evenals longitudinale neurologische ontwikkelingsstudies en het vastleggen van epileptische activiteit tijdens aanvallen. Door dit te doen, creëert het wat hij beschrijft als "een geheel andere reeks grenzen voor onderzoekers en clinici".

“Het is opwindend om te bedenken wat we op deze gebieden zouden kunnen leren. We zijn nu bezig met het commercialiseren van de technologie met ons spin-outbedrijf Cerca Magnetics om deze nieuwe studies mogelijk te maken”, zegt hij.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/wearable-scanner-measures-brain-function-in-people-on-the-move/