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这是大脑成像技术的一次飞跃

一种革命性的扫描仪正引起全世界临床医生和科学家的极大兴趣, 谁希望用它来解开人类大脑的秘密. 世界上第一台可穿戴脑磁图(MEG)系统有望对各种情况提供前所未有的洞察, 包括癫痫等严重的神经疾病, 神经退行性疾病,如阿尔茨海默病, 以及精神疾病,如精神分裂症. 

人们对扫描仪的巨大关注使它迅速从实验室走向了商业化, 通过im体育平台下载的一个分支 Cerca磁学有限该公司最近与一家英国公司合伙成立 磁盾有限 (MSL)并与美国原子设备公司合作 QuSpin. 这个分支机构的订单越来越多, 引起了世界顶尖神经科学研究中心的注意.

马特·布鲁克斯教授在该大学的彼得·曼斯菲尔德爵士成像中心领导MEG研究, 磁共振成像是im体育平台下载的另一项发明,它改变了医学成像和诊断. 布鲁克斯教授说,新的MEG扫描仪“潜力巨大”, 作为一种神经科学工具——让科学家更好地了解大脑——以及诊断和治疗计划, 尤其是癫痫等疾病。”.

让诺丁汉的MEG团队特别兴奋的是,它具有解开大脑发育之谜的独特潜力. 这个系统就像头盔一样戴着, 不像静态的笨重的传统扫描仪, 它适应头部的大小和形状, 并允许患者在扫描过程中自由移动. 这为扫描儿童和患有运动障碍(如帕金森氏症)的人提供了可能性. 它消除了躺在一个巨大的幽闭恐惧症扫描仪里的恐惧. 也, 因为扫描仪测量大脑功能(大脑做什么), 不是看起来的那样), 它开辟了科学实验的新途径, 实时测量大脑网络的动态,以支持认知的形成和溶解.

轻型扫描头盔(它的发展得到了im体育平台下载的另一个分支机构的帮助, 添加科学有限公司)形似自行车头盔,可按比例缩放以适合婴儿、幼儿和成年人. 这将为心理学家提供对神经发育轨迹的非凡见解, 使我们能够观察婴儿学习走路时形成的大脑网络, 或交谈, 以及这些网络如何在疾病中崩溃.

“大脑在整个童年时期是如何发育的仍然是个谜, 我们现在可以以前所未有的方式来研究它. 我们对成年人一生中大脑发生的变化了解甚多, 但在最初的关键几年里发生了什么却相对较少."
布鲁克斯教授

进一步的合作已经看到心理学家使用扫描仪 研究长者驾驶人的行为以及皇后医疗中心研究脑损伤的顾问. 开发新的生物标记物用于运动和军事脑震荡的评估是另一个具有极其令人兴奋的潜力的应用.

一个重要的合作伙伴是伦敦大学学院Wellcome人类神经成像中心. 由加雷斯·巴恩斯教授领导的伦敦大学学院团队与im体育平台下载长期合作. 早在2016年, 研究小组意识到新一代量子传感器, 哪些是轻量级的,没有低温温度的操作, 能够促进小规模MEG技术的发展, 同时提高其灵敏度. 快进5年,第一次OPM-MEG临床试验开始了, 由沃尔夫森研究所资助, 将在今年晚些时候由 年轻的癫痫与大奥蒙德街合作.

教授理查德·Bowtell, 彼得·曼斯菲尔德爵士成像中心主任参与了这项研究,他说:“这非常令人兴奋. 我们正在与合作者建立重要的联系, 世界各地的临床医生和研究人员认识到,扫描仪有潜力对人的一生进行独特的大脑功能评估, 并为以前难以用传统脑磁图进行研究的情况提供见解.”

布鲁克斯教授补充说:“临床试验可以告诉我们很多im体育App大脑中癫痫发作的来源。, 同时提供数据帮助我们进一步完善和验证技术.

“Cerca Magnetics提供的许多报价证实了全球的巨大兴趣,并使我们的研究影响最大化, 把技术带出im体育平台下载,带到世界各地的研究机构.

”研究人员, 我们专注于大脑成像, 但这些传感器在其他领域提供了令人兴奋的可能性, 如胎儿, 心脏和肌肉显像, Cerca将与世界各地的临床专家合作,进一步转化这项技术."
布鲁克斯教授

它是如何工作的

Cerca系统使用量子传感器——光泵磁力仪(OPMs)——由美国QuSpin公司开发, 世界领先的原子设备. Conventional MEG systems are static and cumbersome; this is necessary to accommodate the magnetic field detectors which have to be cryogenically cooled to -269 degrees Celsius. opm可以实现同样的现场检测,而不需要低温冷却, 所以可以放置在头皮旁边, 使它们对大脑活动更加敏感. 最新的传感器大小与乐高积木相似, 三轴(可测量三个方向的磁场),重量轻, 也就是说他们可以戴上紧凑型头盔.

背景磁场干扰的控制是系统开发的关键. im体育平台下载的研究人员与已有的合作伙伴磁盾有限公司(MSL)合作开发了更小的, 更便宜和更轻的屏蔽外壳的扫描仪, 使用一种新的“混合”屏蔽技术. 屏蔽到位后,参与者可以在扫描过程中自由移动. MSL成为子公司Cerca Magnetics Ltd的合作伙伴.

优秀的博士后研究人员和博士生团队

布鲁克斯教授说:“我们取得的成功完全归功于一个由有才华的博士后研究人员和博士生组成的非凡团队. 它们是新一代成像技术的基石.

 博士Elena 宝途 2015年开始在这个领域工作, 用一些方程和计算机模拟, 她释放了可能的潜能. 随后的工作见证了这种潜力变成了现实 《im体育平台下载》杂志论文 (Boto等人2018年)展示了第一个可穿戴系统. 埃琳娜的工作扩展了这个早期的原型, 提供全头部覆盖, 并演示如何使用OPM-MEG 测量大脑区域之间的交流; something of great significance in mental health conditions (Boto等人,NeuroImage, 2021). 埃琳娜也是Cerca Magnetics的成员 首席科学官.

尼尔·霍姆斯博士博士学位是通过他获得的 在控制背景磁场方面的开创性工作, 在250分之一的水平,这是一个“巨大的挑战”,Brookes教授说,这对于让参与者在扫描过程中自由移动是绝对关键的. (Holmes等,神经图像,2018年)

Ryan博士山, 他曾是im体育平台下载的本科生, 在大三的暑期实习中,他第一次尝到了OPM-MEG的滋味. 从那时起,他完成了博士学位.D. 他在哪里? 首先使用可穿戴设备扫描婴儿 (希尔等自然通讯, 2020). 瑞安还率先使用了通用头盔,能够适合每个参与者.

詹姆斯·莱格博士, 一位经验丰富的研究人员, 和硬件开发人员, 也从2017年开始研究这项技术, 制作关键仪器,并生成抑制背景磁干扰的关键理论模型.

布鲁克斯教授也热衷于赞扬本科生在这个系统的发展中所扮演的角色. 当物理与天文学院的本科生进入第三年和第四年, 他们进行研究研究,其中一些已经使用OPM-MEG技术. 在对婴儿进行扫描时,在传感器覆盖方面取得关键突破的是本科生. 类似的, 通过一个本科生项目,我们第一次测量了肌肉的生物电活动, 并利用该系统制造了一个脑机接口[一种允许个人纯粹通过思考与计算机交流的设备]. 参与其中的许多本科生后来从事医学物理学的工作, 要么在研究部门要么在NHS.”

资金的旅程

In 2016, 利用内部资金鼓励 跨学科 研究量子技术, 诺丁汉团队 从新成立的美国子公司QuSpin Inc .购买了 ,这是 世界上第一个微型商用OPM.

2017年,1英镑.600万英镑的惠康合作基金被用于建立最初的原型,并证明其在神经科学领域的价值.

2019年的价格是2英镑.3m工程和物理科学研究委员会 (EPSRC)的资助帮助开发了这个系统,并将其推向商业化.

进一步£1.来自EPSRC的100万拨款用于支持 诺丁汉团队与大奥蒙德街医院的合作为了进一步发展针对婴儿的系统.

马特·布鲁克斯教授和理查德Bowtell教授

马特·布鲁克斯 是物理与天文学院的物理学教授

理查德Bowtell 是物理学教授兼彼得·曼斯菲尔德爵士成像中心主任

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