發(fā)布日期：2018-03-23
Brain Scanner. Credit: Wellcome/Nature
本文轉(zhuǎn)載自“澎湃新聞”。
不過(guò)，來(lái)自英國(guó)諾丁漢大學(xué)彼得•曼斯菲爾德爵士成像中心的Matthew Brookes博士等人認(rèn)為，MEG仍然存在這諸多不足，近年來(lái)一直致力于改進(jìn)MEG系統(tǒng)。北京時(shí)間3月22日凌晨，頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了Brookes為通訊作者的最新成果：一個(gè)可穿戴腦掃描儀原型。
腦磁圖，即通過(guò)測(cè)量頭皮神經(jīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)獲得人類腦部電生理數(shù)據(jù)，同時(shí)可以直接成像。通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)分析形成的三維圖像，可以實(shí)時(shí)反映腦部網(wǎng)絡(luò)。
不過(guò)，用腦磁圖測(cè)量腦部活動(dòng)，目前主要是通過(guò)在腦部周圍放置大量的超導(dǎo)傳感器。這些低溫冷卻的傳感器靈敏度為fT級(jí)別，從而可以檢測(cè)到人類大腦產(chǎn)生的微弱磁場(chǎng)。
論文中提到，不幸的是，冷卻這一要求意味著傳感器必須封裝在一個(gè)真空的液氮杜瓦瓶中，和頭皮也是保持距離的。因此，MEG系統(tǒng)非常笨重，傳感器的位置也是固定在一個(gè)不能移動(dòng)的通用頭盔中。一旦頭部相對(duì)于傳感器的位置稍有變動(dòng)，得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量就會(huì)顯著下降，即使5毫米也動(dòng)不得。
傳統(tǒng)腦磁圖設(shè)備
傳統(tǒng)的275通道腦磁圖設(shè)備，大約有900斤重，設(shè)備是固定、笨重的，被測(cè)試者相對(duì)于固定好的傳感器陣列必須保持靜止。
另外，在現(xiàn)實(shí)情況中，并不是所有的測(cè)試者頭部和傳感器的距離都是固定的，這也給測(cè)量帶來(lái)障礙。成人的這個(gè)距離一般是3厘米，但如果被測(cè)人員的頭比較小，比如嬰兒等群里，那這個(gè)距離就會(huì)增加，磁場(chǎng)就會(huì)相應(yīng)減小，導(dǎo)致可獲得的信號(hào)變少。
因此，Brookes等人認(rèn)為，MEG系統(tǒng)的這些特征使得該技術(shù)在包括嬰兒在內(nèi)的很多群體中使用都受限，使用環(huán)境要求也是極高。
如何讓所有群體都適用，并且不受場(chǎng)合限制，這成為Brookes及其同事開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)原型的核心方向。
3D打印頭盔
最終，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種被稱為OPM-MEG系統(tǒng)的頭盔。該頭盔由3D打印而成，重量?jī)H905克，不到2斤，并且能“私人訂制”，以此保證傳感器（在該原型設(shè)計(jì)中僅覆蓋了右感覺(jué)皮層）和每個(gè)測(cè)試者的頭皮表面直接接觸。被測(cè)試者戴上該頭盔后，依然可以自由地進(jìn)行頭部活動(dòng)。
論文提到，OPM-MEG系統(tǒng)的核心是光泵磁力儀（OPMs），這是一個(gè)依賴于堿金屬原子特性的磁場(chǎng)傳感器，靈敏度極高，可達(dá)±0.01 nT。每個(gè)傳感器有一個(gè)玻璃比色槽，里面含有87Rb（銣），加熱至150℃的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生87Rb蒸汽。
盡管內(nèi)部溫度會(huì)加熱升高，但傳感器仍舊可以安置在頭皮表面，因?yàn)樗鼈兊耐獠勘砻鏈囟冉咏w溫。
在第一次演示中，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)測(cè)試者右感覺(jué)皮層的電生理活動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試。OPM-MEG實(shí)驗(yàn)組中，測(cè)試者要進(jìn)行12次試驗(yàn)，6次盡量保持靜止，其余6次做一些自然的頭部運(yùn)動(dòng)，包括點(diǎn)頭、搖頭、伸頭和喝水，一臺(tái)相機(jī)會(huì)負(fù)責(zé)追蹤頭部運(yùn)動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)還用傳統(tǒng)的MEG技術(shù)測(cè)試了一組靜態(tài)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
在OPM-MEG實(shí)驗(yàn)組中，保持盡量靜止時(shí)的移動(dòng)范圍在±1厘米之間，而頭部可以運(yùn)動(dòng)時(shí)，范圍會(huì)擴(kuò)大到±10厘米。實(shí)驗(yàn)最終顯示，即使在頭部大幅度運(yùn)動(dòng)的情況下，這套可穿戴系統(tǒng)依然可以收集到高保真數(shù)據(jù)。
研究人員認(rèn)為，該新系統(tǒng)將首次使得嬰兒、兒童和有運(yùn)動(dòng)障礙的人群都可以直接測(cè)試其腦部活動(dòng)。并且，測(cè)試者未來(lái)還可以穿戴該頭盔進(jìn)行社交活動(dòng)等，不會(huì)受到任何影響。
來(lái)源：澎湃新聞
