Poręczny skaner mierzy funkcje mózgu ludzi w ruchu – Physics World

Zespół badawczy z Wielkiej Brytanii stworzył nadający się do noszenia skaner mózgu, który może mierzyć funkcje mózgu, gdy ludzie stoją i chodzą, torując drogę do lepszego zrozumienia i diagnozy problemów neurologicznych wpływających na ruch.

W ramach projektu zespół kierowany przez University of Nottingham połączył kompaktowe czujniki z precyzyjną kontrolą pola magnetycznego, aby mierzyć niewielkie pola magnetyczne generowane przez mózg, umożliwiając dokonywanie bardzo dokładnych nagrań podczas naturalnego ruchu. Wyniki, przedstawione w NeuroImageopisują, w jaki sposób zespół zamontował około 60 czujników pola magnetycznego wielkości kostki cukru, znanych jako magnetometry pompowane optycznie (OPM), w lekkich hełmach do noszenia, aby zapewnić swobodę ruchów podczas nagrywania magnetoencefalografii (MEG).

As Nialla Holmesa, pracownik naukowy z University of Nottingham, który kierował badaniami, wyjaśnia, że ​​projekt koncentruje się na obrazowaniu funkcji ludzkiego mózgu w „całkowicie naturalnych warunkach”, aby pogłębić zrozumienie tego, co dzieje się w naszych mózgach, kiedy uczymy się chodzić – lub co dzieje się nie tak w mózgach pacjentów ze schorzeniami, w których ruch staje się upośledzony lub niekontrolowany.

„Konwencjonalne systemy neuroobrazowania, takie jak skanery MRI, są po prostu zbyt restrykcyjne, abyśmy mogli wykonywać naturalne ruchy, a zapisy EEG podczas ruchu generują dane pełne artefaktów” — mówi Holmes.

Igła w stogu siana

Neurony w mózgu komunikują się za pośrednictwem potencjałów elektrycznych i prądów neuronalnych, które wytwarzają powiązane pole magnetyczne. Pomiar tych pól na zewnątrz głowy za pomocą zapisów MEG pozwala naukowcom określić podstawową aktywność neuronów z wyjątkowo wysoką precyzją czasoprzestrzenną. Jednak według Holmesa proces ten stanowi poważne wyzwanie.

„Neuronalne pola magnetyczne są na poziomie femtotesli, ponad miliard razy mniejsze niż pole magnetyczne Ziemi i wiele rzędów wielkości mniejsze niż pola magnetyczne generowane przez źródła takie jak elektryczność z sieci i poruszające się pojazdy; to jak szukanie igły w stogu siana” – mówi.

Aby zaradzić temu ograniczeniu, zespół oparł się na najnowszych osiągnięciach w miniaturyzacji technologii kwantowych, aby stworzyć bardzo dokładne OPM, które działają poprzez pomiar transmisji światła laserowego przez szklaną celę wypełnioną parą atomów rubidu. Laser optycznie pompuje atomy, co wyrównuje spiny elektronów. Przy zerowym polu magnetycznym wszystkie spiny są wyrównane i światło laserowe nie może być już absorbowane, więc pomiar natężenia światła laserowego opuszczającego szklaną kuwetę jest maksymalny.

„Kiedy w pobliżu komórki przykładane jest małe pole magnetyczne, spiny wypadają z wyrównania i muszą pochłonąć więcej fotonów światła laserowego, aby ponownie wyrównać się z laserem pompującym. Gdy fotony są absorbowane, mierzona intensywność maleje” — wyjaśnia Holmes. „Monitorując intensywność światła laserowego, które jest transmitowane przez komórkę, możemy wywnioskować, jakie jest lokalne pole magnetyczne doświadczane przez atomy”.

Cewka matrycowa

Zespół z Nottingham opracował również „cewkę matrycową” – nowy typ aktywnego ekranowania magnetycznego wykonanego z małych, prostych cewek jednostkowych, z których każda ma indywidualnie sterowany prąd – które można przeprojektować w czasie rzeczywistym, aby ekranować dowolny obszar w pomieszczeniu ekranowanym magnetycznie ( MSR). Dzięki temu moduły OPM mogą nadal działać, gdy pacjenci poruszają się swobodnie.

„Korzystając z naszej cewki matrycowej, po raz pierwszy wykazaliśmy, że dokładne dane MEG można uzyskać podczas ruchów ambulatoryjnych. Stanowi to podstawę wielu paradygmatów klinicznych i neuronaukowych, które byłyby niemożliwe przy użyciu konwencjonalnych systemów neuroobrazowania”, mówi Holmes.

„Na przykład skanowanie pacjentów z zaburzeniami wpływającymi na ruch i równowagę, takimi jak choroba Parkinsona, wstrząs mózgu i ataksja chodu, bezpośrednio aktywuje sieci mózgowe związane z ruchami, które stanowią dla nich największe wyzwanie, zwiększając naszą wrażliwość na neuronalne korelaty zaburzenia – dodaje.

Torby Cerca Magnetics qBIG Nagroda za innowację kwantową

Zdaniem Holmesa swoboda poruszania się umożliwia również badanie nawigacji przestrzennej i naturalnych interakcji społecznych, a także podłużne badania neurorozwoju i rejestrację aktywności epileptycznej podczas napadów. W ten sposób tworzy to, co opisuje jako „zupełnie inny zestaw granic dla badaczy i klinicystów”.

„Myślenie o tym, czego moglibyśmy się nauczyć w tych obszarach, jest ekscytujące. Obecnie jesteśmy w trakcie komercjalizacji technologii z naszą spółką typu spin-out Cerca Magnetics aby umożliwić te nowe badania” – mówi.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/wearable-scanner-measures-brain-function-in-people-on-the-move/