Scanner vestível mede a função cerebral em pessoas em movimento – Physics World

Scanner vestível mede a função cerebral em pessoas em movimento – Physics World

Carimbo de data / hora: 27 de junho de 2023 4h45

O pesquisador Niall Holmes usa o capacete de imagem cerebral
MEG vestível O pesquisador Niall Holmes usa o capacete de imagem cerebral; o sistema de blindagem magnética da bobina de matriz é visto atrás dele. (Cortesia: Universidade de Nottingham)

Uma equipe de pesquisa baseada no Reino Unido criou um scanner cerebral vestível que pode medir a função cerebral enquanto as pessoas estão de pé e andando, abrindo caminho para uma melhor compreensão e diagnóstico de problemas neurológicos que afetam o movimento.

Como parte do projeto, uma equipe liderada pela Universidade de Nottingham combinou sensores compactos com controle de campo magnético de precisão para medir pequenos campos magnéticos gerados pelo cérebro, permitindo que gravações altamente precisas fossem feitas durante o movimento natural. Os resultados, apresentados em NeuroImage, descrevem como a equipe montou cerca de 60 sensores de campo magnético do tamanho de cubos de açúcar, conhecidos como magnetômetros de bombeamento óptico (OPMs), em capacetes leves para permitir a liberdade de movimento durante uma gravação de magnetoencefalografia (MEG).

As Niall Holmes, pesquisador da Universidade de Nottingham, que liderou a pesquisa, explica, o projeto se concentra em imaginar a função do cérebro humano em “ambientes completamente naturais” para aprofundar a compreensão do que acontece em nossos cérebros quando aprendemos a andar – ou de o que acontece de errado no cérebro de pacientes com condições em que o movimento se torna prejudicado ou incontrolável.

“Os sistemas convencionais de neuroimagem, como os scanners de ressonância magnética, são simplesmente muito restritivos para realizarmos movimentos naturais, e as gravações de EEG durante os movimentos produzem dados repletos de artefatos”, diz Holmes.

Agulha num palheiro

Os neurônios no cérebro se comunicam por meio de potenciais elétricos e correntes neuronais que produzem um campo magnético associado. Medir esses campos fora da cabeça com gravações MEG permite que os pesquisadores determinem a atividade neuronal subjacente com precisão espaço-temporal excepcionalmente alta. No entanto, de acordo com Holmes, esse processo apresenta um desafio significativo.

“Os campos magnéticos neuronais estão no nível femtotesla, mais de um bilhão de vezes menores que o campo magnético da Terra, e muitas ordens de magnitude menores que os campos magnéticos gerados por fontes como eletricidade e veículos em movimento; é como procurar uma agulha no palheiro”, afirma.

Para resolver essa limitação, a equipe baseou-se em desenvolvimentos recentes na miniaturização de tecnologias quânticas para criar OPMs altamente precisos que funcionam medindo a transmissão de luz laser através de uma célula de vidro preenchida com vapor de átomos de rubídio. O laser bombeia opticamente os átomos, o que alinha os spins dos elétrons. No campo magnético zero, todos os spins estão alinhados e nenhuma luz laser pode ser absorvida, portanto, a medição da intensidade da luz laser saindo da célula de vidro é máxima.

“Quando um pequeno campo magnético é aplicado perto da célula, os spins ficam desalinhados e precisam absorver mais fótons de luz laser para realinhar-se com o laser de bombeamento. À medida que os fótons são absorvidos, a intensidade medida diminui”, explica Holmes. “Ao monitorar a intensidade da luz do laser que é transmitida pela célula, podemos inferir o campo magnético local experimentado pelos átomos.”

bobina matriz

A equipe de Nottingham também desenvolveu uma “bobina de matriz” – um novo tipo de blindagem magnética ativa feita de bobinas pequenas e simples, cada uma com corrente controlável individualmente – que pode ser reprojetada em tempo real para proteger qualquer região em uma sala blindada magneticamente ( RMS). Isso permite que os OPMs continuem a funcionar enquanto os pacientes se movem livremente.

“Usando nossa bobina de matriz, demonstramos, pela primeira vez, que dados precisos de MEG podem ser adquiridos durante movimentos ambulatoriais. Isso estabelece as bases para muitos paradigmas clínicos e neurocientíficos que seriam impossíveis usando sistemas convencionais de neuroimagem”, diz Holmes.

“Por exemplo, a varredura de pacientes com distúrbios que afetam o movimento e o equilíbrio, como doença de Parkinson, concussões e ataxia da marcha, ativará diretamente as redes cerebrais associadas aos movimentos que eles consideram mais desafiadores, aumentando nossa sensibilidade aos correlatos neurais do transtornos”, acrescenta.

De acordo com Holmes, a liberdade de movimento também permite estudos de navegação espacial e interação social natural, bem como estudos longitudinais do neurodesenvolvimento e o registro da atividade epiléptica durante as crises. Ao fazer isso, cria o que ele descreve como “um conjunto totalmente diferente de limites para pesquisadores e clínicos”.

“É emocionante pensar no que podemos aprender nessas áreas. Estamos agora no processo de comercialização da tecnologia com nossa empresa spin-out Cerca Magnética para viabilizar esses novos estudos”, afirma.

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