英國科學家開發可穿戴腦掃描儀，看穿你的大腦輕而易舉

在腦腫瘤、癲癇、精神分裂症等複雜的疾病中，醫生通常需要藉助觀察患者腦部活動來診斷病情。

功能性磁共振成像（fMRI，functional magnetic resonance imaging）是診療手段之一，通過神經影像學方式，利用磁振造影來測量神經元活動所引發之血液動力的改變。

近年來，腦磁圖（MEG）也成為一種檢測腦部活動的新型技術，能將神經網路繪製成圖，並且對人體無創傷。

不過，來自英國諾丁漢大學的 Matthew Brookes 博士等人認為，MEG 仍然存在很多缺陷，所以，他們一直在試圖改進 MEG 系統。

北京時間3 月 22 日凌晨，頂尖學術期刊《自然》（Nature）在線發表了 Brookes 為通訊作者的最新成果：一個可穿戴腦掃描儀原型。

MEG 是一種應用腦功能圖像檢測技術對人體實施完全無接觸、無侵襲、無損傷的大腦研究和臨床應用設備。

MEG 對腦內發出的極其微弱的生物磁場信號加以測定和描記，同時可以直接成像。通過對磁場的數學分析形成的三維圖像，可以實時反映腦部網路。

但是有一個很大的缺陷就是，MEG 設備過於笨重。目前 MEG 檢測主要是通過在腦部周圍放置大量的超導感測器。這些低溫冷卻的感測器靈敏度極強，從而可以檢測到人類大腦產生的微弱磁場。

但是注意，感測器必須低溫冷卻，這就意味著感器必須封裝在一個真空的液氮杜瓦瓶中，和頭皮也是保持距離的。

感測器是不可以移動的，一旦頭部相對於感測器的位置稍有變動，得到的數據質量就會顯著下降，即使 5 毫米也動不得。

傳統的 275 通道 MEG 設備，大約有 900 斤重，這麼重的傢伙在檢測時不予許有一絲一毫的移動，而且人腦也不許動，就相當困難了。

另外，MEG 設備並不是給所有人定製的。比如，成人的頭到感測器的距離一般是 3 厘米，但如果被測人員的頭比較小，比如嬰兒等群里，那這個距離就會增加，磁場就會相應減小，導致可獲得的信號變少。

因此，Brookes 團隊認為，MEG 系統不太適用於嬰兒和頭部較小的人群，而且使用環境要求也是極高。

所以，Brookes 團隊就想設計一個新系統，讓它成為每一位患者的"量身定製"! 所以，OPM-MEG 系統的頭盔就誕生了。

該頭盔由 3D 列印而成，重量僅 905 克，不到 2 斤，並且能「私人訂製」，以此保證感測器和每個測試者的頭皮表面直接接觸。被測試者戴上該頭盔後，依然可以自由地進行頭部活動。

OPM-MEG 系統的核心是光泵磁力儀（OPMs），這是一個依賴於鹼金屬原子特性的磁場感測器，靈敏度極高，可達 ±0.01 nT。

每個感測器有一個玻璃比色槽，裡面含有 87Rb（銣），加熱至 150℃ 的時候會產生 87Rb 蒸汽。

儘管內部溫度會加熱升高，但感測器仍舊可以安置在頭皮表面，因為它們的外部表面溫度接近體溫。

在第一次演示中，研究團隊對測試者右感覺皮層的電生理活動進行了測試。OPM-MEG 實驗組中，測試者要進行 12 次試驗，6 次盡量保持靜止，其餘 6 次做一些自然的頭部運動，包括點頭、搖頭、伸頭和喝水，一台相機會負責追蹤頭部運動。

研究團隊同時還用傳統的 MEG 技術測試了一組靜態的對照實驗。在 OPM-MEG 實驗組中，保持盡量靜止時的移動範圍在 ±1 厘米之間，而頭部可以運動時，範圍會擴大到 ±10 厘米。

實驗最終顯示，即使在頭部大幅度運動的情況下，這套可穿戴系統依然可以收集到高保真數據。

這個新型系統未來的應用將更為廣泛，因為它輕便、靈活還能量身定製。研究員表示，新系統會初步用於嬰兒、兒童和有運動障礙的人群。

[1]:https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/imaging/a-new-wearable-brain-scanner

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