Giyilebilir tarayıcı, hareket halindeki insanlarda beyin işlevini ölçer – Fizik Dünyası

Giyilebilir tarayıcı, hareket halindeki insanlarda beyin işlevini ölçer – Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 27 Haziran 2023 4:45 AM

Araştırmacı Niall Holmes beyin görüntüleme kaskını takıyor
Giyilebilir MEG Araştırmacı Niall Holmes beyin görüntüleme kaskını takıyor; arkasında matris bobin manyetik koruma sistemi görülüyor. (Nezaket: Nottingham Üniversitesi)

Birleşik Krallık merkezli bir araştırma ekibi, insanlar ayakta dururken ve dolaşırken beyin fonksiyonlarını ölçebilen giyilebilir bir beyin tarayıcısı yarattı ve hareketi etkileyen nörolojik sorunların daha iyi anlaşılması ve teşhis edilmesinin yolunu açtı.

Projenin bir parçası olarak, Nottingham Üniversitesi liderliğindeki bir ekip, beyin tarafından üretilen küçük manyetik alanları ölçmek için kompakt sensörleri hassas manyetik alan kontrolüyle birleştirerek doğal hareket sırasında son derece doğru kayıtların yapılmasını sağladı. Sonuçlar, içinde sunulan NeuroImage, ekibin bir manyetoensefalografi (MEG) kaydı sırasında hareket özgürlüğü sağlamak için optik olarak pompalanan manyetometreler (OPM'ler) olarak bilinen yaklaşık 60 şeker küpü boyutunda manyetik alan sensörünü hafif giyilebilir kasklara nasıl monte ettiğini anlatıyor.

As Niall HolmesAraştırmayı yöneten Nottingham Üniversitesi'nden araştırma görevlisi, projenin insan beyninin işlevini "tamamen doğal ortamlarda" görüntülemeye odaklandığını açıklıyor. hareketin bozulduğu veya kontrol edilemediği durumdaki hastaların beyinlerinde neyin yanlış gittiği.

Holmes, "MRI tarayıcıları gibi geleneksel nörogörüntüleme sistemleri, doğal hareketleri gerçekleştirmemiz için çok kısıtlayıcı ve hareketler sırasındaki EEG kayıtları yapay veriler üretiyor" diyor.

Samanlıkta iğne

Beyindeki nöronlar, ilişkili bir manyetik alan oluşturan elektrik potansiyelleri ve nöronal akımlar aracılığıyla iletişim kurar. Kafanın dışındaki bu alanların MEG kayıtları ile ölçülmesi, araştırmacıların altta yatan nöronal aktiviteyi benzersiz derecede yüksek uzay-zamansal hassasiyetle belirlemesine olanak tanır. Ancak Holmes'a göre bu süreç önemli bir zorluk teşkil ediyor.

"Nöronal manyetik alanlar femtotesla seviyesinde, Dünya'nın manyetik alanından bir milyar kat daha küçük ve ana elektrik ve hareket eden araçlar gibi kaynakların ürettiği manyetik alanlardan birçok büyüklük sırası daha küçük; samanlıkta iğne aramak gibi” diyor.

Ekip, bu sınırlamayı gidermek için, rubidyum atomlarının buharıyla dolu bir cam hücreden lazer ışığının iletimini ölçerek çalışan son derece hassas OPM'ler oluşturmak için kuantum teknolojilerinin minyatürleştirilmesindeki son gelişmeler üzerine inşa etti. Lazer, elektron dönüşlerini hizalayan atomları optik olarak pompalar. Sıfır manyetik alanda, tüm dönüşler hizalanır ve daha fazla lazer ışığı emilemez, bu nedenle cam hücreden çıkan lazer ışığının yoğunluğunun ölçümü maksimumdadır.

"Hücrenin yanına küçük bir manyetik alan uygulandığında, dönüşler hizalamadan çıkıyor ve pompalayan lazerle yeniden hizalanmak için lazer ışığının daha fazla fotonunu emmesi gerekiyor. Fotonlar emildikçe, ölçülen yoğunluk azalır" diye açıklıyor Holmes. "Hücre boyunca iletilen lazer ışığının yoğunluğunu izleyerek, atomların deneyimlediği yerel manyetik alanı çıkarabiliriz."

matris bobini

Nottingham ekibi ayrıca, manyetik olarak korumalı bir odadaki herhangi bir bölgeyi korumak için gerçek zamanlı olarak yeniden tasarlanabilen, her biri ayrı ayrı kontrol edilebilir akıma sahip küçük, basit birim bobinlerden yapılan yeni bir aktif manyetik kalkan türü olan bir "matris bobini" geliştirdi ( MSR). Bu, hastalar serbestçe hareket ederken OPM'lerin çalışmaya devam etmesini sağlar.

"Matriks bobinimizi kullanarak, ilk kez ayakta hareketler sırasında doğru MEG verilerinin elde edilebileceğini gösterdik. Bu, geleneksel nörogörüntüleme sistemlerini kullanarak imkansız olacak birçok klinik ve nörobilimsel paradigmanın temelini oluşturuyor” diyor Holmes.

"Örneğin, Parkinson hastalığı, beyin sarsıntısı ve yürüme ataksisi gibi hareket ve dengeyi etkileyen bozuklukları olan hastaların taranması, en zorlayıcı buldukları hareketlerle ilişkili beyin ağlarını doğrudan etkinleştirecek ve beynin nöral bağıntılarına karşı duyarlılığımızı artıracaktır. bozukluklar” diye ekliyor.

Holmes'a göre hareket özgürlüğü aynı zamanda uzamsal gezinme ve doğal sosyal etkileşim çalışmalarının yanı sıra uzunlamasına nörogelişim çalışmaları ve nöbetler sırasında epileptik aktivitenin kaydedilmesine de olanak tanır. Bunu yaparken, "araştırmacılar ve klinisyenler için tamamen farklı bir sınırlar dizisi" olarak tanımladığı şeyi yaratır.

“Bu alanlarda neler öğrenebileceğimizi düşünmek heyecan verici. Artık spin-out şirketimizle teknolojiyi ticarileştirme sürecindeyiz. Cerca Manyetikler Bu yeni çalışmaları mümkün kılmak için” diyor.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası