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，來自英國諾丁漢大學(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，近年來一直致力于改進(jìn)MEG系統(tǒng)。北京時間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：一個可穿戴腦掃描儀原型。

　　腦磁圖，即通過測量頭皮神經(jīng)電流產(chǎn)生的磁場獲得人類腦部電生理數(shù)據(jù)，同時可以直接成像。通過對磁場的數(shù)學(xué)分析形成的三維圖像，可以實時反映腦部網(wǎng)絡(luò)。

　　不過，用腦磁圖測量腦部活動，目前主要是通過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級別，從而可以檢測到人類大腦產(chǎn)生的微弱磁場。

　　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不能移動的通用頭盔中。一旦頭部相對于傳感器的位置稍有變動，得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量就會顯著下降，即使5毫米也動不得。

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，被測試者相對于固定好的傳感器陣列必須保持靜止。

　　另外，在現(xiàn)實情況中，并不是所有的測試者頭部和傳感器的距離都是固定的，這也給測量帶來障礙。成人的這個距離一般是3厘米，但如果被測人員的頭比較小，比如嬰兒等群里，那這個距離就會增加，磁場就會相應(yīng)減小，導(dǎo)致可獲得的信號變少。

　　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，并且不受場合限制，這成為Brookes及其同事開發(fā)新系統(tǒng)原型的核心方向。

3D打印頭盔

　　最終，研究團(tuán)隊開發(fā)了一種被稱為OPM-MEG系統(tǒng)的頭盔。該頭盔由3D打印而成，重量僅905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)計中僅覆蓋了右感覺皮層）和每個測試者的頭皮表面直接接觸。被測試者戴上該頭盔后，依然可以自由地進(jìn)行頭部活動。

　　論文提到，OPM-MEG系統(tǒng)的核心是光泵磁力儀（OPMs），這是一個依賴于堿金屬原子特性的磁場傳感器，靈敏度極高，可達(dá)±0.01 nT。每個傳感器有一個玻璃比色槽，里面含有87Rb（銣），加熱至150℃的時候會產(chǎn)生87Rb蒸汽。

　　盡管內(nèi)部溫度會加熱升高，但傳感器仍舊可以安置在頭皮表面，因為它們的外部表面溫度接近體溫。

　　在第一次演示中，研究團(tuán)隊對測試者右感覺皮層的電生理活動進(jìn)行了測試。OPM-MEG實驗組中，測試者要進(jìn)行12次試驗，6次盡量保持靜止，其余6次做一些自然的頭部運(yùn)動，包括點頭、搖頭、伸頭和喝水，一臺相機(jī)會負(fù)責(zé)追蹤頭部運(yùn)動。研究團(tuán)隊同時還用傳統(tǒng)的MEG技術(shù)測試了一組靜態(tài)的對照實驗。

　　在OPM-MEG實驗組中，保持盡量靜止時的移動范圍在±1厘米之間，而頭部可以運(yùn)動時，范圍會擴(kuò)大到±10厘米。實驗最終顯示，即使在頭部大幅度運(yùn)動的情況下，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)動障礙的人群都可以直接測試其腦部活動。并且，測試者未來還可以穿戴該頭盔進(jìn)行社交活動等，不會受到任何影響。

來源：澎湃新聞