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這種“自行車頭盔”,首次被用于兒童腦功能檢測

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2019年11月08日 17:10  來源:好醫友

一種新型可穿戴式“自行車頭盔”式大腦掃描儀首次在一項針對幼兒的研究中得到應用,該掃描儀允許掃描過程中出現自然運動。這標志著在提高對兒童大腦發育的理解上,我們邁出了重要的一步。


MEG自行車頭盔式掃描儀

在最新發表于《自然通訊》雜志的一篇論文中,諾丁漢大學Sir Peter Mansfield 成像中心的研究人員,與牛津大學和倫敦大學的研究人員合作,向人們展示了一種“突破性的腦磁圖描記術(MEG)”。這一技術創新使用頭盔式設計,用于測量兒童自然活動狀態下的大腦活動。它不僅提供了一種測量健康大腦功能的新方法,也為研究一系列兒童神經疾病和心理健康問題(比如癲癇和自閉癥)提供了機會。

腦細胞通過產生電流來運作和交流。這些電流會產生微小的磁場,可以在腦外探測到。研究人員通過測量這些磁場來繪制腦磁圖。這就為我們提供了一幅一毫秒一毫秒的圖像,顯示當我們進行不同的任務,比如說話或移動時,大腦活躍部分的狀態。

可穿戴的量子技術

領導這項新研究的博士研究員瑞安·希爾(Ryan Hill)說:“人類認知的基礎是在生命的最初十幾年里奠定的,但由于大腦掃描技術的限制,研究它們的方法總是有限的。其中一個特定的問題就是‘運動’,大型傳統固定掃描儀一直要求病人保持完全不動。這不僅不能準確地描述大腦在自然環境下的活動情況,而且對掃描對象也有嚴格的限制,而兒童就成了最大的挑戰。”

諾丁漢的研究小組通過使用重量很輕的新型“量子”傳感器解決了這個問題。這意味著MEG技術,從傳統上需要半噸的“一刀切”的機器,減少到一個500克的頭盔,可以適應任何頭部大小。由于這種新型傳感器可以放置在離頭部非常近的地方,因此與傳統設備(需要將傳感器放置在非常冷的地方(-269度),需遠離頭部)相比,它們能接收到的信號量大大增加。研究小組還開發了特殊的電磁線圈,可以精確控制背景磁場,讓人在自由移動時被掃描。


幼兒與母親交流時進行腦磁圖掃描

Ryan指出:“最初的原型掃描儀是一個3D打印的頭盔,它是定制的--換句話說,只有一個人可以使用它。它很重,看起來很嚇人。在這里,我們想讓它適用于兒童,這意味著我們必須設計一些更輕、更舒適的東西,且仍能與量子傳感器保持足夠好的接觸,接收來自大腦的信號。我們設計并制作了一個新的自行車頭盔樣式的設計,使用這個我們能夠成功地分析一個2歲和一個5歲的孩子在做日常活動時的大腦活動。在這個例子中,他們邊看電視,邊和媽媽拉拉手,他們能夠在掃描過程中走來走去,自然活動。為了證明該系統同樣適用于年齡較大的兒童,我們使用了一個更大的頭盔,來掃描一個正在玩電腦游戲的青少年。”

除了觀察孩子們的大腦活動,研究人員還使用新掃描儀檢查一個成人在學習樂器時的大腦活動。這一場景讓研究人員可以研究人在從事自然任務時的大腦活動。這是以往的傳統設備是做不到的,因為玩樂器的時候,頭部和手臂都需要運動。

諾丁漢大學MEG研究的領導者Matthew Brookes教授說:“這項研究是使MEG向臨床應用靠攏的重要一步,它展示了在兒童身上應用的真實潛力。”現在的挑戰是進一步擴展這一技術,實現其理論上的好處,如高靈敏度和空間分辨率,并細化系統設計和制造,使其從實驗室轉向商業產品。”

Sir Peter Mansfield成像中心主任Richard Bowtell教授也參與了這項研究,他說:“這是一個非常令人興奮的進展,它將我們推向了可穿戴式腦磁圖成像技術,它可以用于成人和兒童。與來自三所大學的跨學科研究團隊的合作是這項工作成功的關鍵。”

來源:諾丁漢大學(University of Nottingham)

編譯:漢鼎好醫友

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