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一種新型可穿戴式“自行車頭盔”式大腦掃描儀首次在一項(xiàng)針對(duì)幼兒的研究中得到應(yīng)用，該掃描儀允許掃描過程中出現(xiàn)自然運(yùn)動(dòng)。這標(biāo)志著在提高對(duì)兒童大腦發(fā)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(fā)表于《自然通訊》雜志的一篇論文中，諾丁漢大學(xué)Sir Peter Mansfield 成像中心的研究人員，與牛津大學(xué)和倫敦大學(xué)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(shù)(MEG)”。這一技術(shù)創(chuàng)新使用頭盔式設(shè)計(jì)，用于測量兒童自然活動(dòng)狀態(tài)下的大腦活動(dòng)。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(jīng)疾病和心理健康問題(比如癲癇和自閉癥)提供了機(jī)會(huì)。

腦細(xì)胞通過產(chǎn)生電流來運(yùn)作和交流。這些電流會(huì)產(chǎn)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(dāng)我們進(jìn)行不同的任務(wù)，比如說話或移動(dòng)時(shí)，大腦活躍部分的狀態(tài)。

可穿戴的量子技術(shù)

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)新研究的博士研究員瑞安·希爾(Ryan Hill)說:“人類認(rèn)知的基礎(chǔ)是在生命的最初十幾年里奠定的，但由于大腦掃描技術(shù)的限制，研究它們的方法總是有限的。其中一個(gè)特定的問題就是‘運(yùn)動(dòng)’，大型傳統(tǒng)固定掃描儀一直要求病人保持完全不動(dòng)。這不僅不能準(zhǔn)確地描述大腦在自然環(huán)境下的活動(dòng)情況，而且對(duì)掃描對(duì)象也有嚴(yán)格的限制，而兒童就成了最大的挑戰(zhàn)。”

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(gè)問題。這意味著MEG技術(shù)，從傳統(tǒng)上需要半噸的“一刀切”的機(jī)器，減少到一個(gè)500克的頭盔，可以適應(yīng)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(tǒng)設(shè)備(需要將傳感器放置在非常冷的地方(-269度)，需遠(yuǎn)離頭部)相比，它們能接收到的信號(hào)量大大增加。研究小組還開發(fā)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(dòng)時(shí)被掃描。

幼兒與母親交流時(shí)進(jìn)行腦磁圖掃描

Ryan指出:“最初的原型掃描儀是一個(gè)3D打印的頭盔，它是定制的--換句話說，只有一個(gè)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(shè)計(jì)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(hào)。我們?cè)O(shè)計(jì)并制作了一個(gè)新的自行車頭盔樣式的設(shè)計(jì)，使用這個(gè)我們能夠成功地分析一個(gè)2歲和一個(gè)5歲的孩子在做日?；顒?dòng)時(shí)的大腦活動(dòng)。在這個(gè)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(dòng)。為了證明該系統(tǒng)同樣適用于年齡較大的兒童，我們使用了一個(gè)更大的頭盔，來掃描一個(gè)正在玩電腦游戲的青少年。”

除了觀察孩子們的大腦活動(dòng)，研究人員還使用新掃描儀檢查一個(gè)成人在學(xué)習(xí)樂器時(shí)的大腦活動(dòng)。這一場景讓研究人員可以研究人在從事自然任務(wù)時(shí)的大腦活動(dòng)。這是以往的傳統(tǒng)設(shè)備是做不到的，因?yàn)橥鏄菲鞯臅r(shí)候，頭部和手臂都需要運(yùn)動(dòng)。

諾丁漢大學(xué)MEG研究的領(lǐng)導(dǎo)者M(jìn)atthew Brookes教授說：“這項(xiàng)研究是使MEG向臨床應(yīng)用靠攏的重要一步，它展示了在兒童身上應(yīng)用的真實(shí)潛力。”現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是進(jìn)一步擴(kuò)展這一技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其理論上的好處，如高靈敏度和空間分辨率，并細(xì)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造，使其從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向商業(yè)產(chǎn)品。”

Sir Peter Mansfield成像中心主任Richard Bowtell教授也參與了這項(xiàng)研究，他說：“這是一個(gè)非常令人興奮的進(jìn)展，它將我們推向了可穿戴式腦磁圖成像技術(shù)，它可以用于成人和兒童。與來自三所大學(xué)的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)的合作是這項(xiàng)工作成功的關(guān)鍵。”

來源：諾丁漢大學(xué)(University of Nottingham)

編譯：好醫(yī)友