英國科學家開發可穿戴腦掃描儀 可實現私人訂製

　　2018-03-22 07:34:42　來源: 澎湃新聞(上海)

　　在腦腫瘤、癲癇、精神分裂症等複雜的疾病中，醫生通常需要藉助觀察患者腦部活動來診斷病情。近年來，腦磁圖（MEG）已成為一種檢測腦部活動的新型技術，能將神經網路繪製成圖，並且對人體無創傷。

　　不過，來自英國諾丁漢大學彼得·曼斯菲爾德爵士成像中心的Matthew Brookes博士等人認為，MEG仍然存在這諸多不足，近年來一直致力於改進MEG系統。北京時間3月22日凌晨，頂尖學術期刊《自然》（Nature）在線發表了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電流產生的磁場獲得人類腦部電生理數據，同時可以直接成像。通過對磁場的數學分析形成的三維圖像，可以實時反映腦部網路。

　　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感測器。這些低溫冷卻的感測器靈敏度為fT級別，從而可以檢測到人類大腦產生的微弱磁場。

　　論文中提到，不幸的是，冷卻這一要求意味著感測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系統非常笨重，感測器的位置也是固定在一個不能移動的通用頭盔中。一旦頭部相對於感測器的位置稍有變動，得到的數據質量就會顯著下降，即使5毫米也動不得。

　　

　　傳統腦磁圖設備

　　傳統的275通道腦磁圖設備，大約有900斤重，設備是固定、笨重的，被測試者相對於固定好的感測器陣列必須保持靜止。

　　另外，在現實情況中，並不是所有的測試者頭部和感測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，磁場就會相應減小，導致可獲得的信號變少。

　　因此，Brookes等人認為，MEG系統的這些特徵使得該技術在包括嬰兒在內的很多群體中使用都受限，使用環境要求也是極高。

　　如何讓所有群體都適用，並且不受場合限制，這成為Brookes及其同事開發新系統原型的核心方向。

　　

　　3D列印頭盔

　　最終，研究團隊開發了一種被稱為OPM-MEG系統的頭盔。該頭盔由3D列印而成，重量僅905克，不到2斤，並且能「私人訂製」，以此保證感測器（在該原型設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，依然可以自由地進行頭部活動。

　　

　　OPM-MEG系統

　　論文提到，OPM-MEG系統的核心是光泵磁力儀（OPMs），這是一個依賴於鹼金屬原子特性的磁場感測器，靈敏度極高，可達±0.01 nT。每個感測器有一個玻璃比色槽，裡面含有87Rb（銣），加熱至150℃的時候會產生87Rb蒸汽。

　　儘管內部溫度會加熱升高，但感測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，研究團隊對測試者右感覺皮層的電生理活動進行了測試。OPM-MEG實驗組中，測試者要進行12次試驗，6次盡量保持靜止，其餘6次做一些自然的頭部運動，包括點頭、搖頭、伸頭和喝水，一台相機會負責追蹤頭部運動。研究團隊同時還用傳統的MEG技術測試了一組靜態的對照實驗。

　　在OPM-MEG實驗組中，保持盡量靜止時的移動範圍在±1厘米之間，而頭部可以運動時，範圍會擴大到±10厘米。實驗最終顯示，即使在頭部大幅度運動的情況下，這套可穿戴系統依然可以收集到高保真數據。

　　研究人員認為，該新系統將首次使得嬰兒、兒童和有運動障礙的人群都可以直接測試其腦部活動。並且，測試者未來還可以穿戴該頭盔進行社交活動等，不會受到任何影響。