Носимый магнитоэнцефалограф натянули на всю голову

Британские исследователи представили улучшенную версию носимого магнитоэнцефалографа: теперь шлем, в котором используются 49 сенсоров на основе магнитометров на щелочных металлах с оптической накачкой, может регистрировать активность всего головного мозга. Результаты нейровизуализации с помощью такого шлема сравнимы с классическим магнитоэнцефалографом — как по пространственному, так и по временному разрешению. Статья опубликована в журнале NeuroImage.

Из всех существующих сейчас методов нейровизуализации магнитоэнцефалография (или МЭГ) — один из наиболее эффективных. В отличие от фМРТ с его высоким пространственным, но низким временным разрешением, и ЭЭГ, у которого временное разрешение выше, а пространственное — ниже, МЭГ позволяет визуализировать активность мозга точнее относительно и времени, и пространства. Проблема МЭГ, однако, состоит в его довольно громоздкой конструкции, которая, к тому же, не позволяет участнику исследования спокойно двигаться (впрочем, этим в той или иной мере отличаются и другие методы нейровизуализации).

В 2018 году ученым из Ноттингемского университета под руководством Мэттью Брукерса (Matthew Brookers) удалось решить эту проблему: они представили прототип носимого МЭГ-шлема, который как раз позволяет тому, кто его носит, свободно двигаться (ходить и даже играть в пинг-понг). Вместо классических сверхпроводящих квантовых интерферометров (или СКВИДов), которые обычно используют в МЭГ, ученые использовали магнитометры на щелочных металлах с оптической накачкой: в них изменения свойств паров щелочного металла под воздействием магнитного поля фиксируются фотометром. В отличие от СКВИДов, такие магнитометры не требуют сложных систем охлаждения (для работы СКВИДов температура должны быть близка к абсолютному нулю — это достигается за счет, например, жидкого азота), поэтому их можно компактно разместить на шлеме близко к голове. 

Проблема, однако, была решена частично: полученный прототип ограничили 13 сенсорами на магнитометрах, что позволило регистрировать активность только с небольшого участка коры (а именно — сенсомоторной коры), пусть и довольно точно. В новой работе ученые представили дополненный и расширенный носимый МЭГ-шлем: в нем используются уже 49 сенсоров, что позволяет покрыть всю поверхность головы и, соответственно, регистрировать активность всего головного мозга.

Ученые разработали два прототипа нового МЭГ-шлема: первый, более гибкий, похож на ЭЭГ-шапочку, а второй выглядит как полноценный (и довольно массивный) шлем. Для расположения сенсоров на шлемах ученые использовали сканы МРТ головного мозга — и его же использовали для того, чтобы совместить регистрируемую активность с участками.

Чтобы опробовать МЭГ-шлемы в действии, ученые регистрировали активность мозга двух участниц своего эксперимента в то время, пока они следили за меняющимися на экране фигурами и одновременно двигали рукой — таким образом можно было проследить активность зрительной и моторной коры. Для оценки эффективности измерений эксперимент также повторили и в классическом МЭГ.

В результате ученым удалось зарегистрировать активность зрительной коры в гамма-диапазоне и моторной коры в бета-диапазоне с примерно той же пространственной и временной точностью, что и при использовании обычного МЭГ — даже несмотря на то, что сенсоров со СКВИДами в классическом МЭГ в пять раз больше, чем сенсоров в созданных шлемах. При этом авторы уточнили, что несмотря на то, что оба варианта шлема можно использовать, и точность будет высока, предпочтение они отдают твердому шлему, так как его чувствительность все же выше.

Несмотря на то, что исследователи приблизились к созданию полностью носимого и компактного МЭГ, ограничения все же есть: как и для классического МЭГ, для носимого шлема необходимо использовать комнату, которая ограничивает воздействие естественного магнитного поля Земли на регистрацию потенциалов. Если это ограничение будет решено в будущем, ученые смогут использовать шлем для мониторинга активности мозга у пациентов с различными неврологическими заболеваниями — например, эпилепсией — и даже, возможно, заменить им инвазивные методы. 

Носимые компактные решения нужны не только для визуализации работы головного мозга: например, два года назад ученые разработали МРТ-перчатку, которая позволяет визуализировать работу мягких тканей руки во время движения.

Елизавета Ивтушок