自行车头盔大脑扫描仪首次用于幼儿

一种新型的可穿戴“自行车头盔”大脑扫描仪可以在扫描过程中自然移动，这是首次将其用于对幼儿的研究。这标志着我们朝着提高对儿童大脑发育的理解迈出了重要的一步。

在《自然通讯》发表的一篇论文中，来自诺丁汉大学彼得曼斯菲尔德爵士成像中心的研究人员与来自牛津大学和UCL的研究人员合作，展示了他们如何通过突破性技术来增强突破性脑磁图(MEG)技术。一种新颖的头盔设计用于测量从事自然活动的幼儿的大脑活动。

除了提供一种新的方法来测量整个生命周期中健康的大脑功能，它还提供了一个机会来研究儿童的一系列神经和精神健康状况，包括癫痫和自闭症。

脑细胞通过产生电流来运作和交流。这些电流产生微小的磁场，可以在头部外部检测到。研究人员使用脑磁图通过测量这些磁场来绘制大脑功能。当我们执行不同的任务如说话或移动时，这可以在毫秒内显示大脑的哪些部分是活跃的。

可穿戴量子技术

领导这项新研究的研究员瑞安希尔(Ryan Hill)博士说：“人类认知的基础是生命的最初几十年，但由于大脑扫描技术的限制，研究它们的方法总是有限的。体育一直是一个特殊的问题。传统的大型固定式扫描仪总是要求患者完全静止不动，不仅不能准确显示自然环境下大脑的运行状态，而且对会照顾孩子的人的扫描也有严格的限制。代表着最大的挑战。”

诺丁汉的研究团队通过使用一种重量非常轻的新型“量子”传感器解决了这一问题。这意味着MEG技术传统上需要半吨重的“全能”机器，而现在已经缩减到500 g的头盔，可以适应任何头部尺寸。由于新的传感器可以放置在非常靠近头部的位置，与传统设备相比，它们可以拾取的信号数量大大增加(这需要传感器保持非常冷的温度(-269度，离头部如此之远))。研究小组还开发了一种特殊的电磁线圈，可以精确控制背景磁场，使其在个体自由移动时进行扫描。

瑞安继续说道：“最初的原型扫描仪是一个定制的3D打印头盔——换句话说，只有一个人可以使用它。它很重，看起来很吓人。在这里，我们希望将其修改为适合儿童，这意味着我们必须设计一个更轻、更舒适的设备，但我们仍然需要与量子传感器有足够的接触，以接收大脑的信号。我们设计并构建了一种新的自行车头盔风格设计，并能够成功地分析2岁和5岁儿童在日常活动中的大脑活动。在这种情况下，他们的母亲抚摸他们的手，看电视，他们能够四处走动，自然地移动。该系统也适用于年龄较大的儿童。我们使用一个带有更大头盔的系统来扫描青少年玩电脑游戏。”

实际应用

除了观察儿童的大脑活动，研究人员还使用新的扫描仪来检查学习乐器的成人的大脑活动——这种情况提供了一种在有人从事自然任务时检查大脑活动的方法，但传统的MEG是难以想象的设备，因为演奏乐器的动作需要头部和手臂移动，这在以前是不可能的。

诺丁汉大学负责脑磁图研究的马修布鲁克斯(Matthew Brookes)教授说：“这项研究是朝着逐渐将脑磁图应用于临床迈出的重要一步，这表明脑磁图在儿童身上具有真正的应用潜力。将进一步扩展以实现高灵敏度和空间分辨率等理论优势，并改进系统设计和制造以将其从实验室转移到商业产品。”

参与研究的彼得曼斯菲尔德爵士成像中心主任理查德巴特尔教授说：“这是一个非常令人兴奋的发展，它使我们朝着可用于成人和儿童的可穿戴大脑脑磁图技术发展。来自三所大学的跨学科研究团队是这项工作成功的关键。”

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