Máy quét đeo được đo chức năng não ở những người đang di chuyển – Physics World

Máy quét đeo được đo chức năng não ở những người đang di chuyển – Physics World

Dấu thời gian: ngày 27 tháng 2023 năm 4 45:XNUMX sáng

Nhà nghiên cứu Niall Holmes đội mũ chụp ảnh não
MEG đeo được Nhà nghiên cứu Niall Holmes đội mũ chụp ảnh não bộ; hệ thống che chắn từ tính cuộn dây ma trận được nhìn thấy phía sau anh ta. (Được phép: Đại học Nottingham)

Một nhóm nghiên cứu có trụ sở tại Vương quốc Anh đã tạo ra một máy quét não có thể đeo được có thể đo chức năng não trong khi mọi người đang đứng và đi lại, mở đường cho việc hiểu rõ hơn và chẩn đoán các vấn đề thần kinh ảnh hưởng đến chuyển động.

Là một phần của dự án, một nhóm do Đại học Nottingham đứng đầu đã kết hợp các cảm biến nhỏ gọn với điều khiển từ trường chính xác để đo các từ trường nhỏ do não tạo ra, cho phép ghi lại các bản ghi có độ chính xác cao trong quá trình chuyển động tự nhiên. Kết quả, được trình bày trong Hình ảnh thần kinh, mô tả cách nhóm gắn khoảng 60 cảm biến từ trường có kích thước bằng khối đường, được gọi là từ kế bơm quang học (OPM), vào mũ bảo hiểm nhẹ có thể đeo được để cho phép tự do di chuyển trong quá trình ghi từ trường não đồ (MEG).

As Niall Holmes, nhà nghiên cứu tại Đại học Nottingham, người đứng đầu nghiên cứu, giải thích, dự án tập trung vào việc ghi lại chức năng của bộ não con người trong “môi trường hoàn toàn tự nhiên” để hiểu sâu hơn về những gì xảy ra trong não của chúng ta khi chúng ta học đi – hoặc tập đi. điều gì xảy ra trong não của những bệnh nhân mắc các bệnh khiến cử động bị suy giảm hoặc không thể kiểm soát được.

Holmes nói: “Các hệ thống hình ảnh thần kinh thông thường, chẳng hạn như máy quét MRI, đơn giản là quá hạn chế để chúng tôi thực hiện các chuyển động tự nhiên và các bản ghi điện não đồ trong các chuyển động tạo ra dữ liệu giả tạo.

Kim trong đống cỏ khô

Tế bào thần kinh trong não giao tiếp thông qua điện thế và dòng điện thần kinh tạo ra từ trường liên quan. Việc đo các trường này bên ngoài đầu bằng bản ghi MEG cho phép các nhà nghiên cứu xác định hoạt động thần kinh cơ bản với độ chính xác không gian thời gian cao đặc biệt. Tuy nhiên, theo Holmes, quá trình này đặt ra một thách thức đáng kể.

“Từ trường của tế bào thần kinh ở cấp độ femtotesla, nhỏ hơn một tỷ lần so với từ trường của Trái đất và nhỏ hơn nhiều bậc độ lớn so với từ trường được tạo ra bởi các nguồn như điện lưới và phương tiện di chuyển; nó giống như mò kim đáy bể,” anh nói.

Để giải quyết hạn chế này, nhóm đã xây dựng dựa trên những phát triển gần đây trong việc thu nhỏ các công nghệ lượng tử để tạo ra các OPM có độ chính xác cao hoạt động bằng cách đo sự truyền ánh sáng laze qua một tế bào thủy tinh chứa đầy hơi nguyên tử rubidi. Tia laser bơm quang học các nguyên tử, giúp sắp xếp các spin của electron. Ở từ trường bằng không, tất cả các spin đều thẳng hàng và không thể hấp thụ thêm ánh sáng laze nào nữa, do đó phép đo cường độ của ánh sáng laze thoát ra khỏi tế bào thủy tinh là cực đại.

“Khi một từ trường nhỏ được áp dụng gần tế bào, các spin sẽ lệch khỏi vị trí thẳng hàng và cần hấp thụ nhiều photon ánh sáng laser hơn để sắp xếp lại với tia laser bơm. Khi các photon bị hấp thụ, cường độ đo được sẽ giảm,” Holmes giải thích. “Bằng cách theo dõi cường độ ánh sáng laser truyền qua tế bào, chúng ta có thể suy ra từ trường cục bộ mà các nguyên tử trải qua.”

cuộn dây ma trận

Nhóm Nottingham cũng đã phát triển một “cuộn dây ma trận” – một loại che chắn từ tính hoạt động mới được làm từ các cuộn dây nhỏ, đơn giản, mỗi cuộn có dòng điện có thể điều khiển riêng – có thể được thiết kế lại trong thời gian thực để che chắn bất kỳ khu vực nào trong phòng được che chắn bằng từ tính ( MSR). Điều này cho phép các OPM tiếp tục hoạt động khi bệnh nhân di chuyển tự do.

“Lần đầu tiên, bằng cách sử dụng cuộn dây ma trận, chúng tôi đã chứng minh rằng có thể thu được dữ liệu MEG chính xác trong quá trình di chuyển cấp cứu. Điều này đặt nền tảng cho nhiều mô hình lâm sàng và khoa học thần kinh không thể sử dụng các hệ thống hình ảnh thần kinh thông thường,” Holmes nói.

“Ví dụ, việc quét các bệnh nhân mắc các chứng rối loạn ảnh hưởng đến chuyển động và thăng bằng, chẳng hạn như bệnh Parkinson, chấn động và mất điều hòa dáng đi, sẽ kích hoạt trực tiếp các mạng lưới não liên quan đến các chuyển động mà họ thấy khó khăn nhất, làm tăng độ nhạy cảm của chúng ta đối với các mối tương quan thần kinh của rối loạn, anh ấy nói thêm.

Theo Holmes, tự do di chuyển cũng cho phép nghiên cứu định hướng không gian và tương tác xã hội tự nhiên, cũng như nghiên cứu phát triển thần kinh theo chiều dọc và ghi lại hoạt động động kinh trong cơn động kinh. Khi làm như vậy, nó tạo ra thứ mà ông mô tả là “một tập hợp ranh giới hoàn toàn khác cho các nhà nghiên cứu và bác sĩ lâm sàng”.

“Thật thú vị khi nghĩ về những gì chúng ta có thể học được trong những lĩnh vực này. Chúng tôi hiện đang trong quá trình thương mại hóa công nghệ với công ty phụ của chúng tôi Từ tính Cerca để kích hoạt những nghiên cứu mới này,” ông nói.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý