可穿戴扫描仪测量移动中的人的大脑功能 – 物理世界

英国的一个研究小组创造了一种可穿戴式大脑扫描仪，可以测量人们站立和行走时的大脑功能，为更好地理解和诊断影响运动的神经系统问题铺平了道路。

作为该项目的一部分，诺丁汉大学领导的团队将紧凑型传感器与精确的磁场控制相结合，测量大脑产生的微小磁场，从而在自然运动过程中进行高精度记录。 结果呈现在 “神经成像”，描述了团队如何将大约 60 个方糖大小的磁场传感器（称为光泵磁力计 (OPM)）安装到轻型可穿戴头盔中，以便在脑磁图 (MEG) 记录期间实现自由移动。

As 尼尔·霍姆斯领导这项研究的诺丁汉大学研究员解释说，该项目的重点是在“完全自然的环境”下对人脑的功能进行成像，以加深对当我们学习走路或学习时大脑中发生的情况的理解。运动受损或无法控制的患者大脑出了什么问题。

“传统的神经成像系统，例如 MRI 扫描仪，对于我们执行自然运动来说限制太大，而且运动过程中的脑电图记录会产生充满伪影的数据，”霍姆斯说。

大海捞针

大脑中的神经元通过产生相关磁场的电位和神经元电流进行通信。 通过脑磁图记录测量头部外的这些场，研究人员能够以独特的高时空精度确定潜在的神经元活动。 然而，根据霍姆斯的说法，这个过程提出了重大挑战。

“神经元磁场处于飞特斯拉水平，比地球磁场小十亿倍以上，比主电源和移动车辆等来源产生的磁场小许多数量级； 这就像大海捞针一样，”他说。

为了解决这一限制，该团队利用量子技术小型化的最新进展，创建了高精度 OPM，其工作原理是测量激光穿过充满铷原子蒸气的玻璃池的传输情况。 激光以光学方式泵浦原子，从而使电子自旋对齐。 在零磁场下，所有自旋都对齐，并且不再吸收激光，因此对离开玻璃池的激光强度的测量达到最大值。

“当在细胞附近施加一个小磁场时，自旋就会失去对准，并且需要吸收更多的激光光子才能与泵浦激光重新对准。 随着光子被吸收，测量到的强度会降低，”霍姆斯解释道。 “通过监测穿过细胞的激光强度，我们可以推断出原子所经历的局部磁场。”

矩阵线圈

诺丁汉团队还开发了一种“矩阵线圈”——一种由小型、简单的单元线圈制成的新型主动磁屏蔽，每个线圈都有单独可控的电流——可以实时重新设计，以屏蔽磁屏蔽房间中的任何区域（ MSR）。 这使得 OPM 能够在患者自由活动时继续发挥作用。

“使用我们的矩阵线圈，我们首次证明可以在动态运动过程中获取准确的脑磁图数据。 这为许多临床和神经科学范式奠定了基础，而使用传统的神经成像系统是不可能实现的，”霍姆斯说。

“例如，对患有影响运动和平衡的疾病（例如帕金森病、脑震荡和步态共济失调）的患者进行扫描，将直接激活与他们认为最具挑战性的运动相关的大脑网络，从而提高我们对这些运动的神经相关因素的敏感性。疾病，”他补充道。

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霍姆斯表示，运动自由还可以进行空间导航和自然社交互动的研究，以及纵向神经发育研究和癫痫发作期间癫痫活动的记录。 这样做，它创造了他所描述的“为研究人员和临床医生提供了一套完全不同的界限”。

“想到我们可以在这些领域学到什么，真是令人兴奋。 我们现在正在与我们的分拆公司一起将该技术商业化 陶瓷磁学 使这些新研究成为可能，”他说。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/wearable-scanner-measures-brain-function-in-people-on-the-move/