Мобильная МЭГ: новые технологии нейронаук

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — метод, позволяющий измерять и визуализировать магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности в различных точках головного мозга. МЭГ, являясь аналогом ЭЭГ, имеет существенное преимущество – данный метод позволяет без использования электродов обнаруживать глубокие электрические сигналы в отличие от ЭЭГ.

Мозговые процессы, реализующие механизмы восприятия и более высокоуровневые когнитивные функции, протекают с высокой скоростью. Так, от наружного уха до первичной слуховой коры звуковой сигнал доходит за 20 мс, после чего, – например, в случае предъявления слов на слух, – сигнал распространяется в зоны, связанные с речью и языком, максимум за 100–200 мс, проходя на каждом этапе сложную обработку во всех задействованных областях мозга. Очевидно, что для понимания таких механизмов необходимо иметь возможность локализовать их не только в пространстве, но и во времени. Появившиеся в последние десятилетия современные методы отображения гемодинамических процессов, например, функциональная магнитнорезонансная томография (фМРТ) или позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), позволяют получить точную (до нескольких миллиметров) пространственную локализацию.

Однако их временное разрешение (несколько секунд) на несколько порядков ниже скорости реально протекающих нейронных процессов. Лишь технологии ЭЭГ и МЭГ, обладающие возможностью непосредственной регистрации электрической нейронной активности, могут обеспечить получение точной временной информации о мозговых процессах неинвазивным путем.

Новое устройство, о котором пойдёт речь, представляет собой усовершенствованную версию МЭГ. Несмотря на все преимущества, существующие устройства МЭГ являются громоздкими дорогостоящими установками, поскольку они используют жидкостно-гелиевые датчики, называемые SQUIDS ( англ. superconducting quantum interference device, рус. «сверхпроводящий квантовый интерферометр»).

В журнале Nature представлен обновлённый сканер МЭГ, для которого используют датчики магнитометров с оптической накачкой. Ключевым преимуществом данных датчиков над SQUID является то, что их не требуется сильно охлаждать, поэтому нет необходимости в дорогостоящем жидком гелии.

Устранение жидкого гелия также означает, что новый сканер МЭГ является более портативным. Его можно носить буквально как шлем, т.к. он позволяет менять положение головы. Это делает систему более комфортной и позволяет участникам большую свободу по сравнению со старым МЭГ.

Эти изображения иллюстрируют разницу:

Что касается качества исследования, авторы статьи считают, что новый метод эффективен также, как обычное МЭГ даже при наличии движений головы. Таким образом, новый  метод  может позволить учёным измерять активность мозга, в то время как участники выполняют реалистичные движения и действия (например, пьют кофе).

Однако существуют некоторые ограничения мобильности новой системы. Датчики магнитометров с оптической накачкой работают только в пространстве, которое было специально экранировано для устранения магнитного поля Земли. Это может быть достигнуто с использованием обмоточных катушек, которые могут быть установлены, например, в стенах комнаты, чтобы создать экранированную область, в которой происходят записи МЭГ:

Поэтому, хотя испытуемые могли двигать головой при использовании новой системы, они не могли, скажем,  сесть на свой велосипед и уехать – что возможно, используя соответствующую технику ЭЭГ.

Стоимость одного датчика согласно компании QuSpin составляет $ 8000- $ 10 000. В исследовании может понадобиться от 128 до 256 датчиков для покрытия всей головы. Если в будущем стоимость МЭГ снизится, это может помочь технике добиться большего использования в нейронауках.

Подготовил: Касьянов Е.Д.

Истоники:

1 – Neuroskeptic. Mobile MEG: Will New Technology Change Neuroscience?

2 – Elena Boto et al. Moving magnetoencephalography towards real-world applications with a wearable system. Nature volume555, pages657–661 (29 March 2018)