Ученые представили прототип носимого магнитоэнцефалографа
Британские исследователи создали носимый магнитоэнцефалограф — прибор для визуализации работы нейронов путем измерения магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности головного мозга. Устройство работает на оптических магнитометрах и позволяет точно визуализировать мозговую активность даже при движениях головой. Разработка описана в статье, опубликованной в Nature.
В XX веке появилось множество устройств, позволяющих визуализировать активность головного мозга. Использованные в их основе методы, во-первых, отличаются принципом действия: например, ЭЭГ считывает электрическую активность нейронов, а функциональная МРТ работает благодаря реакции насыщенной кислородом крови на магнитное поле сканера. Во-вторых, эти методы отличаются пространственным и временным разрешением: например, у того же ЭЭГ высокое временное разрешение (электроды позволяют считывать немедленную активность отдельных популяций нейронов) и низкое — пространственное (количество электродов ограничено, поэтому определить область активации с точностью до миллиметра, как это можно сделать при использовании фМРТ, нельзя).
Разные методы нейровизуализации подходят под разные исследовательские задачи, но объединяет их одно — протокол использования. Все существующие на данный момент устройства для изучения мозговой активности требуют минимальной подвижности участников эксперимента. Например, при фМРТ-эксперименте необходимо продолжительное (из-за низкого временного разрешения) нахождение в сканере, а при магнитоэнцефалографии двигать головой, находящейся в специальном «шлеме», практически невозможно. Усидчивости требует и ЭЭГ: используемые электроды очень чувствительны и процесс обработки полученных сигналов не обходится без «чистки» артефактов движения.
Конечно, перечисленные ограничения не останавливают ученых; они, однако, сильно ограничивают их возможности. Например, необходимость продолжительное время находиться без движения не позволяет (или позволяет, но ограниченно) использовать в качестве участников исследований маленьких детей и животных. Кроме того, осложняется и изучение активности мозга при ежедневной деятельности.
Один из способов нейровизуализации, не ограничивающий движения, — это имплантируемые в мозг электроды, которые часто используют для мониторинга активности мозга пациентов с эпилепсией, а также в исследованиях с участием лабораторных животных. Ограничение этого метода очевидно: он полностью инвазивен. Именно поэтому сейчас одна из основных задач инженеров, занимающихся разработкой подобных устройств, — создание неинвазивного и точного метода нейровизуализации, минимально чувствительного к артефактом движения.
В качестве прототипа для создания носимого устройства группа ученых из Ноттингемского университета под руководством Мэттью Брукерса (Matthew Brookers) выбрала магнитоэнцефалограф (МЭГ). Технология, лежащая в основе такого устройства, позволяет визуализировать активность мозга путем измерения магнитного поля, возникающего вследствие электрической активности нейронов. Обычно для этого используются сверхпроводящие квантовые интерферометры (или СКВИДы) — сверхчувствительные магнитометры, измеряющие очень слабые магнитные поля. Такой метод обладает высоким временным (до миллисекунды) и пространственным (до пяти миллиметров) разрешением. СКВИДы, однако, могут работать только при температуре, близкой к абсолютному нулю, для чего в магнитоэнцефалографе используется жидкий гелий или азот. Кроме того, МЭГ должны стоять в специальных комнатах, изолированных от магнитного поля Земли.
Вместо СКВИДов для создания носимого МЭГ ученые использовали магнитометры на щелочных металлах с оптической накачкой (optically pumped magnetometer — OPM). Такие магнитометры состоят из герметичной ячейки с парами щелочного металла (например, рубидия) и высокоточного фотометра. Колебания магнитного поля меняют оптические свойства пара, что фиксирует фотометр. Они не уступают в чувствительности СКВИДам, но при этом не требуют дорогих и сложных систем охлаждения. Отсутствие охлаждения позволяет магнитометрическому устройству прилегать к голове, что снижает артефакты движения. Все устройство состояло из 13 сенсоров, с помощью которых ученым удалось визуализировать активность соматосенсорной коры головного мозга при движениях указательным с точностью, не уступающей стандартному магнитоэнцефалографу, даже в том случае, когда участница исследования двигала головой, пила кофе и играла в пинг-понг.
По мнению создателей устройства, создание носимого магнитоэнцефалографа поможет не только расширить поле исследований нейронной активности здоровых людей, но и также будет полезно для изучения работы мозга пациентов, страдающих от различных неврологических и нейродегенеративных заболеваний, таких как эпилепсия или болезнь Альцгеймера.
Носимый магнитоэнцефалограф — не первая попытка создания компактного переносного прибора для нейровизуализации. В 2016 году инженеры из Калифорнийского института в Сан-Диего представили беспроводной 64-канальный энцефалограф: все устройство помещается в одном шлеме, а для электродов не требуется смазка проводящим гелем.
Елизавета Ивтушок
Передвижение в них похоже на ходьбу по траволатору
Американская компания Shift Robotics представила насадки на обувь, увеличивающие скорость ходьбы. В них есть колеса, которые двигают ногу в момент, когда она соприкасается с полом, и позволяют ходить в 3,5 раза быстрее. Проект опубликован на краудфандинговой платформе Kickstarter. В последнее десятилетие активно развиваются легкий и личный электрический транспорт: электросамокаты, гироскутеры, моноколеса и тому подобное. Как правило, их используют для ежедневного передвижения по городу на небольшие расстояния или совмещают с другими типами транспорта, например, основную часть пути человек преодолевает на метро, а от дома до станции и от станции до работы едет на электросамокате. Это потенциально удобная и выгодная концепция, но перемещаться в транспорте с электросамокатом или гироскутером может быть затруднительно, особенно в часы пик. В качестве альтернативы несколько компаний разрабатывали и выпустили похожие устройства в виде сравнительно небольших насадок на обувь, передвигающих человека. Shift Robotics тоже разработала электрическую насадку на обувь, но передвижение на ней происходит по-другому. Она представляет собой платформу с несколькими небольшими колесами под ней и ремнями сверху, позволяющими прикрепить ее к обуви. Главное отличие от других подобных устройств заключается в том, что человек с ними не едет, а идет как и обычно с той лишь разницей, что в момент соприкосновения ноги с полом она не остается на месте, а едет вперед за счет электромоторов, крутящих колеса. Компания утвердает, что это позволяет увеличить скорость ходьбы в 3,5 раза. https://www.youtube.com/watch?v=8r0TPD5NUQ0 Устройство работает в двух режимах, переключаться между которыми можно с помощью жестов, наклоняя ногу в ту или иную сторону. В одном из них колеса полностью блокируются и ходьба в них отличается от обычной только дополнительным весом и высотой подошвы (этот режим нужен, например, при подъеме по лестнице). Во втором режиме колеса активны и крутятся в соответствии с тем, как быстро идет пользователь: если он не двигается, они не придают ему ускорение, а если идет — подстраивают свою скорость под его шаги. Насадки заряжаются от USB-C, на полную зарядку уходит полтора часа, после чего они могут работать в активном режиме на протяжении 10 километров. Компания опубликовала проект на Kickstarter, где на момент написания заметки он собрал около 50 тысяч долларов из запрашиваемых 90 тысяч. Стоимость пары начинается от 999 долларов. В случае успешного завершения краудфандинга первые поставки пользователям начнутся в марте 2023, правда, купить устройство смогут только жители США. Инновации происходят и в других видах личного электрического транспорта. Например, в 2019 году Segway представила электросамокат с функцией автопилота, а летом 2022 его начали тестировать в московском сервисе кикшеринга.