Pemindai MEG portabel pertama di dunia

Kiri: Sistem MEG cryogenic 275-saluran yang biasa. Beratnya sekitar 450 kg, dipasang dalam satu posisi dan besar, dan seseorang harus diam untuk waktu yang relatif lama terhadap unit sensor. Kanan: prototipe helm OPM-MEG. Beratnya 905 g dan dikonfigurasi sehingga sensor berbatasan langsung dengan permukaan kepala (dalam prototipe ini hanya menutupi korteks sensorimotor yang tepat). Seseorang dapat dengan bebas menggerakkan kepalanya

Magnetoencephalography (MEG) adalah teknologi yang memungkinkan Anda mengukur dan memvisualisasikan medan magnet yang timbul dari aktivitas listrik otak. Interferometer kuantum superkonduktor presisi tinggi (sensor SQUID) digunakan untuk bidang.

Penggunaan superkonduktor itu sendiri menunjukkan bahwa instalasi MEG harus rumit dan mahal. Begitulah. Lebih tepatnya, inilah yang terjadi sampai sekarang, sampai sekelompok peneliti dari Universitas Nottingham (Inggris Raya), University College London dan QuSpin menghadirkan pemindai MEG portabel pertama di dunia .

Pertama, Anda perlu menjelaskan secara singkat mengapa pemindai MEG begitu besar. Faktanya adalah bahwa sebagai akibat dari aktivitas listrik otak, medan magnet yang sangat lemah dihasilkan, dan hanya instrumen yang sangat sensitif yang dapat mendaftarkannya. Itulah sebabnya interferometer kuantum superkonduktor digunakan di sini, yang membedakan kekuatan medan beberapa femtester. Sensor-sensor ini beroperasi pada suhu yang sangat rendah, oleh karena itu mereka berada di helium cair, dan ruang hampa udara ditempatkan di antara mereka dan tengkorak pasien. Setiap gerakan kepala sangat mempengaruhi kualitas data: bahkan gerakan 5 mm dapat membuat hasil pengukuran tidak cocok. Jarak dari sensor ke kepala juga penting, karena kekuatan sinyal tergantung pada kuadrat jarak. Semua hal di atas tidak hanya mempersulit penelitian, tetapi juga mempersulit orang dengan kepala kecil (anak-anak dan pasien lain) untuk berpartisipasi di dalamnya.

Pemindai portabel pertama di dunia OPM-MEG secara dramatis mengubah situasi. Tentu saja, Anda tidak dapat berjalan di sepanjang jalan dengannya, tetapi bahkan dalam bentuk ini, ia secara signifikan memperluas bidang yang mungkin untuk eksperimen. Untuk pertama kalinya, para ilmuwan dapat sepenuhnya memindai otak anak-anak yang aktif dan orang-orang dengan gangguan motorik. Selain itu, pada dasarnya studi baru menjadi mungkin. Misalnya, penelitian di bidang navigasi spasial, yang sangat sulit ketika seseorang harus berada dalam posisi diam. Sekarang Anda akhirnya dapat melihat apa yang terjadi di otak manusia selama komunikasi alami dengan orang lain, termasuk lawan jenis.



Pada helm baru, sensor-sensor itu dipasang relatif terhadap otak manusia, dan tidak relatif terhadap mesin stasioner. Sensor - optical dipompa magnetometer (OPM) yang diproduksi oleh QuSpin, sebuah perusahaan Amerika , terintegrasi langsung ke permukaan helm dan terhubung ke sistem untuk menekan medan magnet eksternal. Untuk membatalkan pengaruh medan magnet bumi, para peneliti menggunakan satu set kumparan elektromagnetik biplanar. Mereka menghasilkan medan magnet, persis kebalikan dari bumi, untuk membatalkan pengaruhnya pada pengukuran. Keterbatasan besar adalah bahwa pasien tidak boleh melampaui bidang yang dilindungi ini: sebuah kubus yang tidak terlihat dengan wajah sekitar 40 cm.

Keakuratan pengukuran mengharuskan helm pas di tengkorak dan wajah pasien, sehingga untuk setiap orang produk harus dibuat secara individual. Itu dibuat menggunakan pencetakan 3D.

Para ilmuwan telah memverifikasi akurasi pengukuran pada helm OPM-MEG dibandingkan dengan magnetoencephalography tradisional. Selama percobaan, pasien melakukan tugas yang sama (mengangkat jari) dalam pemindai yang berbeda - dan hasilnya sama. Selain itu, para peneliti pertama-tama mempelajari aktivitas otak dalam tugas-tugas yang secara fundamental tidak mungkin diselidiki sebelumnya. Ini adalah tugas yang membutuhkan mobilitas, termasuk menggerakkan kepala. Misalnya, minum air dari cangkir atau mengisi bola di raket.


Meskipun ada batasan yang tersisa, pemindai MEG portabel pertama akan memungkinkan Anda untuk mengambil langkah maju yang signifikan dalam mempelajari otak manusia. Sangat menarik seberapa jauh kemajuan akan menuju ke arah ini ketika antarmuka MEG penuh pertama untuk komunikasi dengan komputer muncul. Game dan aplikasi realitas virtual yang merespons aktivitas otak dan "memahami" apa yang sebenarnya memberi kesenangan pada seseorang dan apa yang membuatnya takut - dan beradaptasi dengan pemain tertentu. Mungkin, saluran sinkronisasi nirkabel MEG-MEG antara manusia secara kasar akan sesuai dengan apa yang disebut nenek moyang kita sebagai telepati.

Artikel ilmiah ini diterbitkan pada 21 Maret 2018 di jurnal Nature (doi: 10.1038 / nature26147, pdf ).