Sandiaの研究者は、脳をイメージングする新しい方法に取り組んでいます

Anonim

Sandia National Laboratoriesの研究者は、現在使用されている脳磁図システムよりも簡単で安価な方法で脳をイメージングするために小型の磁気センサーを使用したいと考えています。

脳磁場法は、脳の電気的活動によって生じる小さな磁場を測定する非侵襲的な方法です。 ミリ秒の速さで活動を捕らえることができる測定は、脳の機能がどのように機能し、てんかんや他の異常の原因を特定するのに役立ちます。

技術水準は、超伝導量子干渉装置磁力計のために、磁場の微小変化に応答することによって脳を撮像するために頭の周りに配置された何百もの磁気センサのアレイである(SQUID磁力計と呼ばれるセンサ)。 このようなシステムでは、部屋全体に磁気遮蔽が必要であり、絶対ゼロより4度上で動作する液体ヘリウム(低温流体)を使用する。 その高価な要件はアクセシビリティを制限します。

Sandiaは、頭部に適合し、MRIチューブに似た人間サイズのシールドの内側に収容された光ポンピング磁力計(OPM)センサアレイを開発している。 極低温や遮蔽された部屋の必要性を避けるため、使用する方が簡単で安価になります。

これは、脳梗塞や外傷性脳傷害の新たな研究を含む、脳の状態の診断と研究における神経学のために脳磁図をより有用にすると、プロジェクトの主任研究員Peter Schwindtと元SandiaのマネージャーRob Boyeは述べた。

「脳科学に興味がないのは誰ですか? Schwindtは言った。 「それは魅力的なものだ」

Sandiaチームは11月、Sandiaのシステムが脳からのシグナルを検出できることを実証する 、医学と生物学の物理学の 論文を発表しました。 チームは昨年 Optimal Expressで OPMセンサーについて記述した論文を発表しました。

4年間のプロジェクト期間中に開発されたデモンストレーションシステム

国立衛生研究所から資金提供を受けた4年間のプロジェクトで、Sandiaは人体サイズの磁気シールドの中にOPMアレイを配置したプロトタイプの磁気脳波記録システムを構築しました。 OPMは、ルビジウム原子のガスを含む小さなガラスセルと、ガス中の個々の原子の状態を設定するポンプレーザーと、原子の変化する状態を読み取るためのプローブレーザーとを含む量子センサーである。 状態の変化は、アレイによって感知される脳の磁場の強さに依存する。

このデモンストレーションシステムでは、大人の頭蓋骨の四分の一以下をカバーする5つのセンサーで20の磁力計チャンネルを使用しました。 チームは、今日のSQUIDシステムのように頭部全体をカバーするアレイを開発することにより、将来的には脳のイメージを拡大したいと考えています。

Sandiaは、その結果を、よく理解された結果をもたらす神経学的検査を用いて、市販のSQUIDシステムのものと比較した。 1つのテストでは、両耳ともに0.25秒の長さの音が鳴り、聴覚野のスパイクが生成されます。 神経刺激であるもう1つの検査は、親指のつまよさを引き起こし、体性感覚皮質に応答する。 両方の応答はSandiaのシステムで容易に観測され、チームは両方の応答を使用してそのシステムを特徴づけ、洗練する。

「本質的に、原子はほとんど回転しないトップとして考えることができる」とボイ氏は語った。 "磁場が存在すると、これらのトップが回転するようになります。プローブレーザーはその回転を感じることができます。あなたの脳では、一群のニューロンが発射されると、わずかな電流しか流れません。それはOPMによって感知される磁場を発生させるニューロンにおける電荷の流れです。

市販のSQUIDアレイは固定ヘルメットを使用しており、ヘッドツーセンサー距離は少なくとも2センチメートル(約0.78インチ)、子供の場合は10センチ(3.9インチ)以上とSchwindt氏は述べています。 Sandiaのアレイはヘッドに準拠しているため、ヘッド間距離は短く一定です。 脳からの信号の質が距離とともに急速に低下するため、チームは現在の1.2cm(0.47インチ)の距離を0.5-0.7cm(0.2-0.27インチ)に減らしたいとSchwindtは述べています。

磁気脳波記録をより有効にする

ニューメキシコ保健科学センターの名誉教授であり、UNMの脳磁気脳磁図プログラムの元ディレクターであるブルース・フィッシュ博士は、Sandiaの研究により、脳磁図法をより広く利用できるようになると語った。 このプロジェクトで相談したFischは、てんかん患者の発作停止を目的とした手術を評価する際に、より精通したMRIで可能なよりも正確に脳信号の源を特定することが重要であると述べた。 UNMはマインドリサーチネットワークのSQUIDシステムを使用して脳磁気脳波スキャンを実施している、とフィッシー氏は語った。

Schwindtは、OPMベースのシステムがどれくらいのコストを要するかを推測するのは時期尚早だと述べた。 このようなシステムを作るフィンランドのエレクタ・ニューロサイエンス社(Elekta Neuroscience)のビジネスライン磁気脳波検査担当ディレクターであるMiikka Putaala氏は、補助デバイスなどの要素に応じて、包括的なSQUIDベースの脳磁図システムに180万~400万ドルの費用がかかります。

次のステップは、システムが脳からの信号を検出するだけでなく、信号の発信元を特定できることを示すことです。 思考や筋肉の収縮などの行動は脳内の磁場を作りますが、分離することは困難です。

「磁場を検出することができたからといって、どこから来ているのか分かりません」とBoye氏は述べています。

OPMアレイは頭部の異なる部分に配置され、脳の特定の領域にアレイを集中させる。 演算子は、磁場の発生源を特定するための情報を組み合わせて、脳が活動している場所を見つけます。

Sandiaのチームは、測定された信号を使用して脳内の音源をローカライズしています。 チームは、脳活動の局在化の精度を改善し続ける脳の位置に対するOPMアレイのセンサーと知識の不完全な較正を改善するために取り組んでいます。

アレイを頭皮にさらに近づけて配置することにより、位置特定精度を向上させることができ、密接に間隔を置いた神経源を区別することができる。 よりよくフィットする配列は、今では感知できない活動を検出する可能性があります。

「特に、これは脳発達の小児および幼児の研究にとって非常に興味深い可能性がある」とSchwindtは述べた。 「あなたが近づくほど、より空間的な忠実度が得られます」

menu
menu