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可穿戴大脑成像系统提供儿童大脑发育最清晰的图像
发布时间：2024-07-13 11:12:28纪唯梁来源：
一项新研究利用可穿戴的大脑扫描仪绘制了儿童大脑发育的电子活动图，绘制出了迄今为止最清晰的儿童大脑发育图。这项研究为追踪大脑功能变化如何支撑走路和说话等关键发育里程碑以及自闭症等神经发育疾病如何出现开辟了新的可能性。
由诺丁汉大学物理与天文学院科学家领导的研究小组使用一种新颖设计的脑磁图 (MEG) 扫描仪来测量年仅两岁的儿童的大脑电生理学。研究结果 已发表在eLife上。
脑细胞通过产生电流来运作和交流。这些电流会产生微小的磁场，这些磁场可以在头部外部检测到。研究人员使用他们的新系统来测量这些磁场，并使用数学建模将这些磁场转换成高保真图像，以毫秒为单位显示当我们执行任务时大脑的哪些部分处于活动状态。
这款可穿戴式脑部扫描仪基于量子技术，使用乐高积木大小的传感器(称为光泵磁力计 (OPM))，这些传感器被整合到轻型头盔中，用于测量脑部活动产生的磁场。独特的设计意味着该系统可以适应任何年龄段，从幼儿到成人。传感器可以放置在更靠近头部的位置，从而提高数据质量。该系统还允许人们在佩戴时移动，非常适合扫描那些在传统扫描仪中难以保持静止的儿童。
27 名儿童(2-13 岁)和 26 名成人(21-34 岁)参与了这项研究，研究了大脑功能的一个基本组成部分，即“神经振荡”(或脑电波)。大脑的不同区域负责行为的不同方面，神经振荡促进这些区域之间的交流。研究小组测量了这种连接在我们成长过程中如何变化，以及我们的大脑如何利用短暂、点状的电生理活动来抑制大脑区域的网络，从而控制我们如何关注传入的感官刺激。
这项研究由诺丁汉大学物理与天文学院的 Lukas Rier 博士和 Natalie Rhodes 博士共同领导。Rier 博士说：“可穿戴系统为研究和了解儿童大脑提供了新的机会，而这些儿童的年龄比以前 MEG 所能达到的年龄要小得多。转向更年轻的参与者有重要的原因：从神经科学的角度来看，许多关键的发展里程碑都发生在生命的最初几年(甚至几个月)。如果我们能利用我们的技术来测量支撑这些发展里程碑的大脑活动，这将为大脑功能提供新的理解。”
该项研究由英国工程与物理研究委员会 (EPSRC) 资助，其学术合作者包括来自加拿大多伦多 SickKids 医院，行业合作伙伴包括美国原子能设备公司 QuSpin 和诺丁汉公司 Cerca Magnetics Limited。
Rhodes 博士是诺丁汉大学物理学本科生，在开展这项研究时还是一名研究生。她现在已转到多伦多担任博士后，她解释说：“这项研究是首次使用可穿戴 MEG 技术进行研究，为开展儿童疾病的新临床研究提供了一个平台。这意味着我们不仅可以开始探索健康的大脑发育，还可以开始探索儿童异常发育背后的神经基础。”
世界著名神经科学家 Margot Taylor 博士(也是该论文的作者之一)正在领导多伦多的自闭症研究。她说：“我们的工作致力于研究患有和不患有自闭症的幼儿的大脑功能。这项研究首次证明我们可以从很小的时候开始追踪大脑发育。这非常令人兴奋，因为它可能转化为临床研究，这样的工作有助于我们了解自闭症是如何发展的。”
该大学于 2020 年成立了一家衍生公司 Cerca Magnetics， 旨在将 OPM-MEG 扫描仪和相关技术商业化。该可穿戴系统已在全球多家知名研究机构安装，包括多伦多的 SickKids 医院。两家机构的研究团队目前正在合作扩大神经发育数据量，包括健康和非典型大脑功能
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