Der weltweit erste tragbare MEG-Scanner

Links: Das übliche kryogene 275-Kanal-MEG-System. Es wiegt ungefähr 450 kg, ist in einer Position fixiert und sperrig, und eine Person muss relativ zur Sensoreinheit für eine lange Zeit stationär sein. Rechts: OPM-MEG-Helmprototyp. Es wiegt 905 g und ist so konfiguriert, dass die Sensoren direkt an die Oberfläche des Kopfes angrenzen (in diesem Prototyp decken sie nur den rechten sensomotorischen Kortex ab). Eine Person kann ihren Kopf frei bewegen

Die Magnetenzephalographie (MEG) ist eine Technologie, mit der Sie Magnetfelder messen und visualisieren können, die sich aus der elektrischen Aktivität des Gehirns ergeben. Für Felder werden hochpräzise supraleitende Quanteninterferometer (SQUID-Sensoren) eingesetzt.

Die Verwendung von Supraleitern an sich legt nahe, dass MEG-Installationen umständlich und teuer sein müssen. So ist es. Genauer gesagt war dies bisher der Fall, bis eine Gruppe von Forschern der University of Nottingham (Großbritannien), des University College London und von QuSpin den weltweit ersten tragbaren MEG-Scanner vorstellte.

Zuerst müssen Sie kurz erklären, warum MEG-Scanner so sperrig sind. Tatsache ist, dass durch die elektrische Aktivität des Gehirns extrem schwache Magnetfelder erzeugt werden, die nur von einem sehr empfindlichen Instrument registriert werden können. Deshalb werden hier supraleitende Quanteninterferometer eingesetzt, die eine Feldstärke von mehreren Femtestern unterscheiden. Diese Sensoren arbeiten bei extrem niedrigen Temperaturen, daher befinden sie sich in flüssigem Helium, und zwischen ihnen und dem Schädel des Patienten befindet sich ein Vakuumraum. Jede Bewegung des Kopfes wirkt sich stark auf die Qualität der Daten aus: Selbst eine Bewegung von 5 mm kann die Messergebnisse ungeeignet machen. Der Abstand von den Sensoren zum Kopf ist ebenfalls entscheidend, da die Signalstärke vom Quadrat des Abstandes abhängt. All dies erschwert nicht nur die Forschung, sondern erschwert auch Menschen mit einem kleinen Kopf (Kindern und anderen Patienten) die Teilnahme an ihnen.

Der weltweit erste tragbare Scanner OPM-MEG verändert die Situation dramatisch. Natürlich kann man nicht mit ihm die Straße entlang gehen, aber selbst in dieser Form erweitert er das mögliche Feld für Experimente erheblich. Zum ersten Mal können Wissenschaftler das Gehirn aktiver Kinder und Menschen mit motorischen Störungen vollständig scannen. Darüber hinaus werden grundlegend neue Studien möglich. Zum Beispiel Forschung auf dem Gebiet der räumlichen Navigation, die äußerst schwierig war, wenn sich eine Person in einer stationären Position befinden musste. Jetzt können Sie endlich sehen, was im menschlichen Gehirn während der natürlichen Kommunikation mit anderen Menschen passiert, einschließlich des anderen Geschlechts.



Im neuen Helm sind die Sensoren relativ zum menschlichen Gehirn und nicht relativ zur stationären Maschine fixiert. Sensoren - Optisch gepumpte Magnetometer (OPM), hergestellt von QuSpin, einem amerikanischen Unternehmen , werden direkt in die Oberfläche des Helms integriert und an das System angeschlossen, um externe Magnetfelder zu unterdrücken. Um den Einfluss des Erdmagnetfeldes aufzuheben, verwendeten die Forscher einen Satz biplanarer elektromagnetischer Spulen. Sie erzeugen ein Magnetfeld, genau das Gegenteil der Erde, um seinen Einfluss auf die Messungen aufzuheben. Eine große Einschränkung besteht darin, dass der Patient dieses geschützte Feld nicht überschreiten sollte: einen unsichtbaren Würfel mit einer Fläche von etwa 40 cm.

Die Genauigkeit der Messungen erfordert, dass der Helm perfekt auf den Schädel und das Gesicht des Patienten passt. Daher muss das Produkt für jede Person individuell hergestellt werden. Es wird im 3D-Druck hergestellt.

Wissenschaftler haben die Genauigkeit der Messungen im OPM-MEG-Helm im Vergleich zur herkömmlichen Magnetenzephalographie überprüft. Während der Experimente führten die Patienten dieselbe Aufgabe (Finger heben) in verschiedenen Scannern aus - und die Ergebnisse waren dieselben. Darüber hinaus untersuchten die Forscher zunächst die Gehirnaktivität bei Aufgaben, die zuvor grundsätzlich nicht zu untersuchen waren. Dies sind Aufgaben, die Mobilität erfordern, einschließlich der Bewegung des Kopfes. Trinken Sie zum Beispiel Wasser aus einem Becher oder stopfen Sie einen Ball auf einen Schläger.


Trotz der verbleibenden Einschränkungen können Sie mit dem ersten tragbaren MEG-Scanner einen bedeutenden Schritt vorwärts bei der Untersuchung des menschlichen Gehirns machen. Es ist interessant, wie weit der Fortschritt in diese Richtung gehen wird, wenn die ersten vollwertigen MEG-Schnittstellen für die Kommunikation mit einem Computer erscheinen. Spiele und Virtual-Reality-Anwendungen, die auf Gehirnaktivität reagieren und „verstehen“, was einem Menschen genau Freude macht und was ihm Angst macht - und sich an einen bestimmten Spieler anpassen. Wahrscheinlich entsprechen die drahtlosen MEG-MEG-Synchronisationskanäle zwischen Menschen in etwa dem, was unsere Vorfahren Telepathie nannten.

Der wissenschaftliche Artikel wurde am 21. März 2018 in der Zeitschrift Nature (doi: 10.1038 / nature26147, pdf ) veröffentlicht.