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首次在幼儿上使用的自行车头盔脑部扫描仪

一种新型的可穿戴式“自行车头盔”式大脑扫描仪可以在扫描过程中自然运动,这是首次用于有幼儿的研究中。这标志着朝着增进我们对儿童大脑发育的理解迈出的重要一步。

首次在幼儿上使用的自行车头盔脑部扫描仪

在《自然通讯》上发表的一篇论文中,诺丁汉大学的彼得·曼斯菲尔德爵士影像中心的研究人员与牛津大学和UCL的研究人员合作,展示了他们如何通过突破性技术来增强突破性的磁脑图技术(MEG)。一种新颖的头盔设计,用于测量从事自然活动的幼儿的大脑活动。

除了提供一种在整个生命周期内测量健康大脑功能的新方法之外,它还为研究儿童的一系列神经和心理健康状况(包括癫痫和自闭症)提供了机会。

脑细胞通过产生电流进行操作和交流。这些电流产生微小的磁场,可以在头部外部检测到。研究人员使用MEG通过测量这些磁场来绘制大脑功能图。当我们执行诸如说话或移动之类的不同任务时,这可以毫秒级地显示出大脑的哪些部位在活动。

可穿戴量子技术

Ryan Hill,博士领导这项新研究的研究人员说:“人类认知的基础是生命的最初几十年,但是由于大脑扫描技术的限制,研究它们的方法总是有限的。运动一直是一个特殊的问题。传统的大型固定扫描仪一直要求患者保持完全静止,这不仅不能准确显示自然环境中大脑的运行状况,而且对可以带小孩的人进行扫描也有严格的限制。代表最大的挑战。”

诺丁汉的研究团队通过使用重量非常轻的新型“量子”传感器解决了这一问题。这意味着MEG技术传统上需要半吨的“全能型”机器,而如今已减为500 g头盔,可以适应任何头部尺寸。因为新传感器可以放置在非常靠近头部的位置,所以与传统设备相比,它们可以拾取的信号量大大增加(这要求传感器保持非常冷的温度(-269度,因此离头部很远)) 。该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,从而可以在个人自由移动时对其进行扫描。

Ryan继续说:“最初的原型扫描仪是定制的3D打印头盔-换句话说,只有一个人可以使用它。它非常笨重,看上去很吓人。在这里,我们希望将其修改为适合儿童使用,这意味着我们必须设计出更轻便,更舒适的设备,但仍需要与量子传感器进行足够的接触才能从大脑接收信号。我们设计并构建了一种新的自行车头盔样式设计,并能够成功地进行分析一个2岁和5岁的孩子在进行日常活动时的大脑活动,在这种情况下,他们的妈妈抚摸着他们的手看电视,他们能够四处走动并自然地行动。该系统同样适用于年龄较大的儿童,我们使用了带较大头盔的系统,扫描少年玩电脑游戏。”

实际应用

除了观察儿童的大脑活动之外,研究人员还使用新的扫描仪检查了学习乐器的成年人的大脑活动-这种情况提供了一种在有人从事自然任务时检查大脑活动的方法,但是传统的MEG难以想象设备,因为演奏乐器的动作需要头部和手臂移动,而这在以前是不可能的。

诺丁汉大学(University of Nottingham)负责MEG研究的马修·布鲁克斯教授(Matthew Brookes)表示:“这项研究是迈向将MEG逐步应用于临床的重要一步,这表明MEG在儿童中具有真正的应用潜力。将进一步扩展它,实现诸如高灵敏度和空间分辨率之类的理论优势,并完善系统设计和制造,将其从实验室转移到商业产品。”

参与研究的彼得·曼斯菲尔德爵士影像中心主任理查德·鲍特尔教授说:“这是一个非常令人兴奋的发展,它使我们朝着可用于成人和儿童的可穿戴式大脑MEG技术发展。来自三所大学的跨学科研究人员团队是这项工作成功的关键。”

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点击次数:更新时间2019-12-01【打印此页】??【关闭
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