Чудо-шлем позволит изучать мозг младенцев

Новая разработка исследователей из Великобритании даст возможность глубже изучить развитие мозга и возникновение неврологических заболеваний. Магнитоэнцелографический (МЭГ) сканер позволяет получить 3D изображения мозга взрослых и детей в активном состоянии, говорится в статье, недавно опубликованной в Nature Communications.

«Мы сконструировали и изготовили МЭГ шлем по типу защитного велосипедного шлема, и с его помощью смогли успешно проанализировать активность головного мозга у детей 2 и 5 лет, занимающихся повседневными делами», – рассказал ведущий автор исследования Райан Хилл, работающий в Университете Ноттингэма.

Усовершенствованный МЭГ сканер дает ученым беспрецедентную возможность проводить исследование широкого спектра неврологических и психических заболеваний, таких как эпилепсия и аутизм у детей, анализируя токи их головного мозга.

Легкий и чуткий

Уже много лет различные исследователи изучают структуры и функций головного мозга с помощью снимков МРТ и надеваемых на голову МЭГ, ЭЭГ устройств. Благодаря последним научным достижениям стало возможно измерять активность мозга, анализируя магнитные поля, генерируемые снаружи головы, с помощью квантовых магнитометров с оптической накачкой (МОК).

Доктор Хилл и его коллеги пять лет работали над первым прототипом МЭГ сканера с применением этой технологии, который был предназначен для совершенствования методов лечения нейродегенеративных расстройств. Несколько лет назад они представили результаты своей работы: индивидуально подогнанный шлем печатался на 3D принтере, в него устанавливались МОК магнитометры, которые могли регистрировать функции головного мозга у взрослых при выполнении ими поставленных задач.

Однако детям этот шлем подходил мало: большинство младенцев не могли долго оставаться неподвижными, а особенности конструкции сканера не позволяли им двигаться свободно во время процедуры сканирования. Поэтому объем информации о раннем развитии мозга, который удалось получить с помощью прототипа МЭГ, оставался ограниченным.

Для того, чтобы решить эту проблему, исследователи переделали МЭГ сканер и установили легкие МОК магнитометры на обычном велосипедном шлеме, который подходит по размеру для большинства детей, включая двухлетних малышей.

Новый сканер весит примерно 400 грамм, на нем установлена инфракрасная камера и электромагнитные катушки, нейтрализующие фоновое магнитное поле. Комбинированная система катушек и камеры позволяет обследуемым свободно двигать головой во время сканирования.

«В первоначальном прототипе сканера использовался шлем, напечатанный на 3D принтере по индивидуальному заказу, то есть, его мог использовать только один человек, – сказал Хилл. – Он был очень тяжелым, на него было просто страшно смотреть. Здесь же мы хотели адаптировать наше устройство для детей: сделать его гораздо более легким и комфортным, и вместе с тем – обеспечить хороший контакт квантовых датчиков с головой, чтобы они могли фиксировать  сигналы из мозга».

Проверка на укулеле

Сначала исследователи проверили возможности шлема для записи активности головного мозга детей 2 и 5 лет. Оба ребенка спокойно перенесли процедуру, во время которой мамы слегка касались их рук. Ученые обнаружили, что прикосновение руки вызывало явные изменения в активности мозга, которые можно было измерить с помощью синтетических градиометров.

Последующее получение 3D изображений активности головного мозга было многошаговым процессом, включающим КТ сканирование шлема, оборудованного датчиками, преобразование полученных сканов в виртуальную 3D модель и использование 3D оцифровывающего устройства для регистрации лиц участников эксперимента.

Исследователи использовали эти изображения, а также данные камеры, отслеживающей движения пациента, для регистрации расположения и ориентации МОК магнитометров  шлема относительно головы обследуемых. Такая методика в результате позволила им получить 3D изображения, на которых были видны изменения в активности бета-импульсов мозга.

На фото: Изображения, показывающие пространственную картину бета-модуляции; самый высокий пик волны обнаружен в предцентральной борозде (в двигательной области коры головного мозга) у всех трех субъектов. Изображения предоставлены Хилл и другими соавторами исследования. Лицензия CC BY-NC 4.0.

После первичных тестов Хилл и его коллеги с помощью МЭГ сканера исследовали активность мозга 14-летнего подростка, который выполнял простое повторяющееся задание на компьютере, и 24-летней женщины, играющей на укулеле.

Несмотря на значительные движения головы, которые требовались для выполнения этих заданий, МЭГ сканер смог зарегистрировать электрофизиологический ответ головного мозга. Как выяснилось, что самое существенное изменение в активности головного мозга у участников эксперимента, выполняющих свои задания, было отмечено на противоположной стороне первичной соматосенсорной коры мозга.

До сих пор считывать активность головного мозга во время выполнения обследуемыми каких-либо задач было невозможно с помощью традиционного оборудования для визуализации мозга. Новая конструкция МЭГ шлема поможет исследовать развитие нервной системы у людей разных возрастов, начиная с самого юного. В перспективе, полагают исследователи, их МЭГ шлемы будут использоваться в клинической практике при работе с детьми.

Оригинал новости можно прочитать здесь