Nosljivi skener meri delovanje možganov pri ljudeh na poti – Physics World

Nosljivi skener meri delovanje možganov pri ljudeh na poti – Physics World

Časovni žig: 27. junij 2023 4:45

Raziskovalec Niall Holmes nosi čelado za slikanje možganov
Nosljivi MEG Raziskovalec Niall Holmes nosi čelado za slikanje možganov; za njim je viden magnetni zaščitni sistem matrične tuljave. (Z dovoljenjem: Univerza v Nottinghamu)

Raziskovalna skupina iz Združenega kraljestva je ustvarila nosljiv skener možganov, ki lahko meri delovanje možganov, medtem ko ljudje stojijo in hodijo naokoli, s čimer utira pot za boljše razumevanje in diagnosticiranje nevroloških težav, ki vplivajo na gibanje.

Kot del projekta je ekipa pod vodstvom Univerze v Nottinghamu združila kompaktne senzorje z natančnim nadzorom magnetnega polja za merjenje majhnih magnetnih polj, ki jih ustvarjajo možgani, kar omogoča zelo natančne posnetke med naravnim gibanjem. Rezultati, predstavljeni v NeuroImage, opisujejo, kako je ekipa namestila približno 60 senzorjev magnetnega polja v velikosti kocke sladkorja, znanih kot magnetometri z optično črpalko (OPM), v lahke nosljive čelade, da bi omogočili svobodo gibanja med snemanjem magnetoencefalografije (MEG).

As Niall Holmes, raziskovalec na Univerzi v Nottinghamu, ki je vodil raziskavo, pojasnjuje, da se projekt osredotoča na slikanje delovanja človeških možganov v "popolnoma naravnih okoljih", da bi poglobili razumevanje tega, kaj se dogaja v naših možganih, ko se učimo hoditi - ali kaj gre narobe v možganih bolnikov s stanji, ko postane gibanje ovirano ali nenadzorovano.

"Konvencionalni sistemi za slikanje nevronov, kot so skenerji MRI, so preprosto preveč restriktivni, da bi lahko izvajali naravne gibe, EEG posnetki med gibi pa proizvajajo podatke, polne artefaktov," pravi Holmes.

Igla v senenem nahodu

Nevroni v možganih komunicirajo prek električnih potencialov in nevronskih tokov, ki proizvajajo povezano magnetno polje. Merjenje teh polj zunaj glave z MEG posnetki omogoča raziskovalcem, da določijo osnovno nevronsko aktivnost z edinstveno visoko prostorsko-časovno natančnostjo. Vendar po Holmesovem mnenju ta proces predstavlja velik izziv.

»Magnetna polja nevronov so na ravni femtotesla, več kot milijardokrat manjša od magnetnega polja Zemlje in za veliko redov velikosti manjša od magnetnih polj, ki jih ustvarjajo viri, kot so omrežna elektrika in premikajoča se vozila; je kot iskanje šivanke v kupu sena,« pravi.

Da bi odpravili to omejitev, je ekipa gradila na nedavnem razvoju miniaturizacije kvantnih tehnologij, da bi ustvarila zelo natančne OPM, ki delujejo z merjenjem prenosa laserske svetlobe skozi stekleno celico, napolnjeno s hlapi rubidijevih atomov. Laser optično črpa atome, kar poravna vrtljaje elektronov. Pri ničelnem magnetnem polju so vsi vrtljaji poravnani in laserska svetloba ne more več absorbirati, tako da je meritev intenzivnosti laserske svetlobe, ki izstopa iz steklene celice, največja.

»Ko se v bližini celice uporabi majhno magnetno polje, vrtljaji izpadejo iz poravnave in morajo absorbirati več fotonov laserske svetlobe, da se ponovno poravnajo s črpalnim laserjem. Ko se fotoni absorbirajo, se izmerjena intenzivnost zmanjša,« pojasnjuje Holmes. "S spremljanjem intenzivnosti laserske svetlobe, ki se prenaša skozi celico, lahko sklepamo na lokalno magnetno polje, ki ga doživljajo atomi."

Matrična tuljava

Ekipa iz Nottinghama je razvila tudi »matrično tuljavo« – novo vrsto aktivnega magnetnega ščita, izdelanega iz majhnih, enostavnih enotnih tuljav, od katerih ima vsaka individualno nadzorovan tok – ki jo je mogoče preoblikovati v realnem času, da ščiti katero koli regijo v magnetno zaščiteni sobi ( MSR). To omogoča, da OPM še naprej delujejo, medtem ko se bolniki prosto gibljejo.

»Z uporabo naše matrične tuljave smo prvič dokazali, da je med premikanjem mogoče pridobiti natančne podatke MEG. To postavlja temelje za številne klinične in nevroznanstvene paradigme, ki bi bile nemogoče z uporabo običajnih sistemov za slikanje nevronov,« pravi Holmes.

»Na primer, skeniranje bolnikov z motnjami, ki vplivajo na gibanje in ravnotežje, kot so Parkinsonova bolezen, pretres možganov in ataksija hoje, bo neposredno aktiviralo možganska omrežja, povezana z gibi, ki se jim zdijo najbolj zahtevni, s čimer se bo povečala naša občutljivost na nevronske korelate motnje,« dodaja.

Po Holmesovih besedah ​​svoboda gibanja omogoča tudi študije prostorske navigacije in naravne družbene interakcije, pa tudi longitudinalne študije nevrorazvoja in snemanje epileptične aktivnosti med napadi. Pri tem ustvarja tisto, kar opisuje kot "popolnoma drugačen nabor meja za raziskovalce in klinike".

»Vznemirljivo je pomisliti, česa bi se lahko naučili na teh področjih. Zdaj smo v procesu komercializacije tehnologije z našim spin-out podjetjem Cerca Magnetics omogočiti te nove študije,« pravi.

Časovni žig:

Več od Svet fizike