英国科学家开发可穿戴脑扫描仪 看穿你的大脑轻而易举

在脑肿瘤、癫痫、精神分裂症等复杂的疾病中，医生通常需要借助观察患者脑部活动来诊断病情。

功能性磁共振成像（fMRI，functional magnetic resonance imaging）是诊疗手段之一，通过神经影像学方式，利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。

近年来，脑磁图（MEG）也成为一种检测脑部活动的新型技术，能将神经网络绘制成图，并且对人体无创伤。

不过，来自英国诺丁汉大学的 Matthew Brookes 博士等人认为，MEG 仍然存在很多缺陷，所以，他们一直在试图改进 MEG 系统。

北京时间3 月 22 日凌晨，顶尖学术期刊《自然》（Nature）在线发表了 Brookes 为通讯作者的最新成果：一个可穿戴脑扫描仪原型。

MEG 是一种应用脑功能图像检测技术对人体实施完全无接触、无侵袭、无损伤的大脑研究和临床应用设备。

MEG 对脑内发出的极其微弱的生物磁场信号加以测定和描记，同时可以直接成像。通过对磁场的数学分析形成的三维图像，可以实时反映脑部网络。

但是有一个很大的缺陷就是，MEG 设备过于笨重。目前 MEG 检测主要是通过在脑部周围放置大量的超导感测器。这些低温冷却的感测器灵敏度极强，从而可以检测到人类大脑产生的微弱磁场。

但是注意，感测器必须低温冷却，这就意味着感器必须封装在一个真空的液氮杜瓦瓶中，和头皮也是保持距离的。

感测器是不可以移动的，一旦头部相对于感测器的位置稍有变动，得到的数据质量就会显著下降，即使 5 毫米也动不得。

传统的 275 通道 MEG 设备，大约有 900 斤重，这么重的家伙在检测时不予许有一丝一毫的移动，而且人脑也不许动，就相当困难了。

另外，MEG 设备并不是给所有人定制的。比如，成人的头到感测器的距离一般是 3 厘米，但如果被测人员的头比较小，比如婴儿等群里，那这个距离就会增加，磁场就会相应减小，导致可获得的信号变少。

因此，Brookes 团队认为，MEG 系统不太适用于婴儿和头部较小的人群，而且使用环境要求也是极高。

所以，Brookes 团队就想设计一个新系统，让它成为每一位患者的"量身定制"! 所以，OPM-MEG 系统的头盔就诞生了。

该头盔由 3D 打印而成，重量仅 905 克，不到 2 斤，并且能“私人订制”，以此保证感测器和每个测试者的头皮表面直接接触。被测试者戴上该头盔后，依然可以自由地进行头部活动。

OPM-MEG 系统的核心是光泵磁力仪（OPMs），这是一个依赖于碱金属原子特性的磁场感测器，灵敏度极高，可达 ±0.01 nT。

每个感测器有一个玻璃比色槽，里面含有 87Rb（铷），加热至 150℃ 的时候会产生 87Rb 蒸汽。

尽管内部温度会加热升高，但感测器仍旧可以安置在头皮表面，因为它们的外部表面温度接近体温。

在第一次演示中，研究团队对测试者右感觉皮层的电生理活动进行了测试。OPM-MEG 实验组中，测试者要进行 12 次试验，6 次尽量保持静止，其余 6 次做一些自然的头部运动，包括点头、摇头、伸头和喝水，一台相机会负责追踪头部运动。

研究团队同时还用传统的 MEG 技术测试了一组静态的对照实验。在 OPM-MEG 实验组中，保持尽量静止时的移动范围在 ±1 厘米之间，而头部可以运动时，范围会扩大到 ±10 厘米。

实验最终显示，即使在头部大幅度运动的情况下，这套可穿戴系统依然可以收集到高保真数据。

这个新型系统未来的应用将更为广泛，因为它轻便、灵活还能量身定制。研究员表示，新系统会初步用于婴儿、儿童和有运动障碍的人群。

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