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这种“自行车头盔”,首次被用于儿童脑功能检测

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2019年11月08日 17:10  来源:好医友

一种新型可穿戴式“自行车头盔”式大脑扫描仪首次在一项针对幼儿的研究中得到应用,该扫描仪允许扫描过程中出现自然运动。这标志着在提高对儿童大脑发育的理解上,我们迈出了重要的一步。


MEG自行车头盔式扫描仪

在最新发表于《自然通讯》杂志的一篇论文中,诺丁汉大学Sir Peter Mansfield 成像中心的研究人员,与牛津大学和伦敦大学的研究人员合作,向人们展示了一种“突破性的脑磁图描记术(MEG)”。这一技术创新使用头盔式设计,用于测量儿童自然活动状态下的大脑活动。它不仅提供了一种测量健康大脑功能的新方法,也为研究一系列儿童神经疾病和心理健康问题(比如癫痫和自闭症)提供了机会。

脑细胞通过产生电流来运作和交流。这些电流会产生微小的磁场,可以在脑外探测到。研究人员通过测量这些磁场来绘制脑磁图。这就为我们提供了一幅一毫秒一毫秒的图像,显示当我们进行不同的任务,比如说话或移动时,大脑活跃部分的状态。

可穿戴的量子技术

领导这项新研究的博士研究员瑞安·希尔(Ryan Hill)说:“人类认知的基础是在生命的最初十几年里奠定的,但由于大脑扫描技术的限制,研究它们的方法总是有限的。其中一个特定的问题就是‘运动’,大型传统固定扫描仪一直要求病人保持完全不动。这不仅不能准确地描述大脑在自然环境下的活动情况,而且对扫描对象也有严格的限制,而儿童就成了最大的挑战。”

诺丁汉的研究小组通过使用重量很轻的新型“量子”传感器解决了这个问题。这意味着MEG技术,从传统上需要半吨的“一刀切”的机器,减少到一个500克的头盔,可以适应任何头部大小。由于这种新型传感器可以放置在离头部非常近的地方,因此与传统设备(需要将传感器放置在非常冷的地方(-269度),需远离头部)相比,它们能接收到的信号量大大增加。研究小组还开发了特殊的电磁线圈,可以精确控制背景磁场,让人在自由移动时被扫描。


幼儿与母亲交流时进行脑磁图扫描

Ryan指出:“最初的原型扫描仪是一个3D打印的头盔,它是定制的--换句话说,只有一个人可以使用它。它很重,看起来很吓人。在这里,我们想让它适用于儿童,这意味着我们必须设计一些更轻、更舒适的东西,且仍能与量子传感器保持足够好的接触,接收来自大脑的信号。我们设计并制作了一个新的自行车头盔样式的设计,使用这个我们能够成功地分析一个2岁和一个5岁的孩子在做日常活动时的大脑活动。在这个例子中,他们边看电视,边和妈妈拉拉手,他们能够在扫描过程中走来走去,自然活动。为了证明该系统同样适用于年龄较大的儿童,我们使用了一个更大的头盔,来扫描一个正在玩电脑游戏的青少年。”

除了观察孩子们的大脑活动,研究人员还使用新扫描仪检查一个成人在学习乐器时的大脑活动。这一场景让研究人员可以研究人在从事自然任务时的大脑活动。这是以往的传统设备是做不到的,因为玩乐器的时候,头部和手臂都需要运动。

诺丁汉大学MEG研究的领导者Matthew Brookes教授说:“这项研究是使MEG向临床应用靠拢的重要一步,它展示了在儿童身上应用的真实潜力。”现在的挑战是进一步扩展这一技术,实现其理论上的好处,如高灵敏度和空间分辨率,并细化系统设计和制造,使其从实验室转向商业产品。”

Sir Peter Mansfield成像中心主任Richard Bowtell教授也参与了这项研究,他说:“这是一个非常令人兴奋的进展,它将我们推向了可穿戴式脑磁图成像技术,它可以用于成人和儿童。与来自三所大学的跨学科研究团队的合作是这项工作成功的关键。”

来源:诺丁汉大学(University of Nottingham)

编译:汉鼎好医友

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