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脑成像的量子飞跃

革命扫描仪吸引了来自临床医生和科学家的非凡世界兴趣,他希望用它来解锁人类大脑的秘密。世界上第一个可穿戴的磁性脑图(MEG)系统向无数条件承诺前所未有的洞察力,包括癫痫,诸如阿尔茨海默病等神经变性疾病等严重神经根系疾病,以及精神分裂症等心理健康状况。

引人注目的关注已经发现扫描仪迅速从实验室转移到商业化,通过诺丁汉大学的自旋。yabo.APPCerca磁性有限公司,最近与英国公司合作成立 磁屏蔽有限公司(MSL)并与美国原子设备公司合作库斯宾. 这一衍生产品的订单不断增加,吸引了世界领先的神经科学研究中心的注意。

Matt Brookes教授在大学的彼得曼斯菲尔德成像中心领导了MEG研究,这是MRI的所在地 - 另一大学诺丁汉发明,转化了医学成像和诊​​断。yabo.APP布鲁克斯教授表示,新的MEG扫描仪“具有巨大的潜力,作为神经科学工具 - 允许科学家更好地了解大脑 - 以及诊断和治疗计划,特别是在癫痫症等疾病中”。

特别激发诺丁汉的梅格队是解锁发展大脑的奥秘的独特潜力。系统类似于头盔,与静态和繁琐的传统扫描仪不同,它适应头部尺寸和形状,并允许患者在扫描期间自由移动。这开辟了扫描儿童和人民的可能性,如帕金森病等运动障碍。它害怕躺在一个大,幽默,扫描仪内部静态而孤单。此外,由于扫描仪测量大脑功能(大脑所做的,而不是它看起来像是这样),因此它在科学实验中开辟了新的途径,实时测量了脑网络的动态,因为它们形成并溶解了认知。

轻量级扫描头盔(其发展得到了另一诺丁汉大学SpulOutter的帮助)yabo.APP添加科学有限公司)类似于自行车头盔,可以缩放以适合婴儿、幼儿和成人。这将为心理学家提供关于神经发育轨迹的非凡见解,使我们能够观察婴儿学习走路或说话时形成的大脑网络,以及这些网络在疾病中如何崩溃。

"How the brain develops throughout childhood is still a mystery, and we can now study this in ways never before possible. We know an awful lot about what happens to the brain over the course of an adult’s lifetime, but relatively little about what happens in those first few critical years."
布鲁克斯教授

心理学家们在进一步的合作中使用了扫描仪研究高龄驾驶人的行为,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评估运动和军事中的脑震荡是另一个极具潜力的应用。

关键合作伙伴是伦敦大学学院人类神经影像学院的惠捕中心。由Gareth Barnes教授领导的UCL团队是与诺丁汉的长期合作者。返回2016年,该团队意识到新一代的量子传感器,轻质和在没有低温温度的情况下运行,可以促进小规模的MEG技术,同时提高其敏感性。快速前进,只有五年,第一个由Wolfson Institute资助的OPM-MEG临床试验将于今年晚些时候进行幼年癫痫,与大奥蒙德街合作。

彼得曼斯菲尔德成像中心先生兼总监Richard Bowtell教授并积极参与该研究所说:“这非常令人兴奋。我们正在与世界各地的合作者,临床医生和研究人员建立重要的联系,他们认识到扫描仪的潜力,以在寿命中唯一地评估大脑功能,并在难以使用常规梅格难以研究的情况下提供有识。“

布鲁克斯教授补充道:“这项临床试验可以告诉我们很多关于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这项技术。”。

“塞尔加磁石提供的许多报价证实了巨大的全球利益,并使我们能够最大限度地发挥我们研究的影响,将技术从诺丁汉大学和全球的研究机构。yabo.APP

“作为研究人员,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、心脏和肌肉成像,Cerca将寻求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

这个怎么运作

Cerca系统使用量子传感器——光泵磁强计(OPMs)——由世界原子器件领导者美国QuSpin公司开发。传统的MEG系统静态且笨重;这是必要的,以适应磁场探测器必须低温冷却到-269摄氏度。OPM可以在不需要低温冷却的情况下进行同样的现场检测,因此可以放置在头皮旁边,使其对大脑活动更加敏感。最新的传感器在尺寸上类似于乐高积木,三轴(能够测量三个方向的磁场)和重量轻,这意味着它们可以安装在紧凑型头盔上。

背景磁场干扰的控制对系统的发展至关重要。诺丁汉大学的研究人员与合作伙伴磁屏蔽有限公司(MSL)合作,使用一种新的“混合”屏蔽技术,为扫描仪开发更小、更便宜、更轻的屏蔽外壳。有了适当的屏蔽,参与者可以在扫描过程中自由移动.MSL成为Cerca Magnetics Ltd.的纺丝公司的合作伙伴

才华横溢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支杰出的博士后研究人员和博士生团队。他们是新一代成像技术的基石。

博士 埃琳娜 博托 2015年,她开始在这一领域开展工作,当时,她通过一些方程式和计算机模拟,发掘出了可能的潜力。随后的工作见证了这一潜力的实现,并取得了巨大的成功自然纸(Boto等人2018)演示第一个可穿戴系统。此后,埃琳娜的工作扩展了这一早期原型,提供了全头部覆盖,并演示了如何使用OPM-MEG测量大脑区域之间的交流; 对心理健康状况有重要意义的事情(Boto等人,《神经影像》,2021年)。Elena也是Cerca Magnetics的首席执行官 首席科学干事.

Niall博士福尔摩斯'博士学位通过他获得控制背景磁场的开拓工作在25万分之一的地球磁场水平上——布鲁克斯教授说这是一个“巨大的挑战”——这对于让参与者在扫描过程中自由活动是绝对关键的(Holmes等人,《神经影像学》,2018年)

Ryan Hill博士是一位前诺丁汉本科大学yabo.APP,在他学位三年级的暑期实习期间获得了他的第一次尝试OPM-MEG。从那时起,他已经完成了博士学位。在哪里他是首先使用可穿戴设备扫描婴儿(Hill等人自然通信, 2020). Ryan还开创了通用头盔的使用,能够为个体参与者提供合适的头盔.

詹姆斯·林格特博士一位经验丰富的研究人员和硬件开发商在2017年以来还在这项技术上工作,制造了钥匙仪表并产生了能够抑制背景磁干扰的关键理论模型。

布鲁克斯教授还热衷于庆祝本科生在该系统开发中所起的作用。“当物理与天文学院的本科生进入第三年和第四年时,他们进行研究,许多人使用OPM-MEG技术。正是本科生在扫描婴儿时在传感器覆盖范围方面取得了重大突破。同样,我们第一次测量的是本科生项目利用肌肉进行生物电活动,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进行通信的设备)。许多参与的本科生都进入了医学物理领域,无论是在研究领域还是在NHS。”

融资之旅

2016年,利用内部资金来鼓励听力学科探索量子技术,诺丁汉队队伍专业的第一个来自新成立的美国分拆公司QUSPIN Inc.的第一个小型化的商业opm。

2017年,一笔160万英镑的Wellcome合作赠款用于构建初始原型,并证明其在神经科学中的价值。

2019年,一个230万英镑的工程和物理科学研究委员会(EPSRC)grant帮助开发了该系统并推动其商业化。

EPSRC还提供了110万英镑的赠款,用于支持该项目诺丁汉团队与伟大的奥蒙德街医院合作,伦敦,以进一步开发婴儿系统。

马特·布鲁克斯教授和理查德·鲍特尔教授

马特·布鲁克斯他是物理学和天文学学院的物理学教授

Richard Bowtell.是彼得·曼斯菲尔德爵士成像中心的物理学教授和主任

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