在地球磁场的一个洞中,神经科学家正在凝视人的大脑

另一种大脑成像能否帮助我们最终在更自然的环境中研究大脑?

白房间里发生的事情和什么一样重要不是。在厚厚的墙壁和用手轮密封的门后,世界的磁场本质上没有简化。摆脱了这种背景噪声,由大脑中的神经元发射产生的磁场 - 字段A十亿比地球小的时间 - 可以测量,从而瞥见大脑的黑盒子。

在房间内,坐在17岁的凯阿·夏皮罗(Keya Shapiro)的头上,是一个头盔,上面饰有小黑色矩形 - 每个矩形都包含一些量子物理,这有助于凝视着大脑的内部工作。

凯亚(Keya)出生于左侧,比她的​​右侧弱,多年来,基亚(Keya)不得不进行小儿约束诱导的运动疗法(PCIMT)。对于Keya而言,该疗法涉及将她的右臂放在演员阵容中,并用左手进行物理疗法,增强它并发展出敏捷。

该疗法有效:高中高中打网球并拍摄照片。

但是现在,Keya的PCIMT经验将成为一种测试案例,以查看人脑内部发生的事情。

厚壁后面是地球磁场的一个孔。

灰质,黑匣子

当涉及到大脑时,我们只是不知道。

当前的成像大脑的方法都有其缺点。他们可能太慢了,无法展示发生的事情,好像看着View-Master而不是电影。它们可能不精确,而不是为我们的情况提供了更精细的细节。而且,像MRI一样,它们可能需要大型设备,异常的临床环境以及长时间不自然地躺着。

我们还不能衡量大脑如何利用它。

这就是这个实验应该改变的。密封盒外面的弗吉尼亚理工大学的研究人员正在使用一种工具对Keya的大脑进行成像,这可能是解决这些限制的一步。

它们称为“光泵磁力计”(OPMS),它们测量通过启动神经元产生的磁场,这就是为什么Keya坐在地球磁场的那个孔中,这通常会淹没神经元的微小信号。

OPM比其他大脑成像设备快,它们比测量脑细胞的电场更准确地描绘了神经元要发射的位置。

他们还可以允许主题移动在记录他们的大脑活动的同时,使我们更接近神经科学的圣杯,在野外测量大脑。(不过,必须对那些狂热的磁场做些事情。)

在弗吉尼亚理工大学的弗拉林生物医学研究所,一个团队正在努力优化技术,建立使用OPM研究社交情况的最佳实践。

研究人员正在开发的OPM和白房间技术将使他们履行其任务“成为世界上第一个研究在面对面,直立交流期间社交互动背后的大脑活动的人”- 从Keya及其治疗师等患者开始。

位于弗吉尼亚州科技 - 卡里利翁的弗拉林生物医学研究所,位于弗吉尼亚西南部的蓝岭山脉的阴影中,正在开创新的功能性脑成像形式。作者的图像。

大脑和蓝脊

区域喷气机 - 像曼联一样绘制但由威斯康星州航空运营的那种飞机 - 在罗阿诺克上方的风中反弹。登陆时,您抬头看着弗吉尼亚蓝山脊的山。他们锯齿状的绿线下摆在地平线上。

在他们的阴影中,弗拉林学院(Fralin Institute)。

凯亚(Keya)从她在明尼苏达州的家中来到弗吉尼亚州(她与妈妈,兄弟和迷你bernedoodle一起住的地方)进行PCIMT治疗。她在神经运动研究诊所联合主任斯蒂芬妮·德鲁卡(Stephanie DeLuca)的实验室中与高级职业治疗师玛丽·丽贝卡(Mary Rebekah)卡车合作。

现在,德鲁卡(DeLuca)与她的弗吉尼亚理工大学同事一起阅读蒙塔古(Montague)以及英国诺丁汉大学(Nottingham University)的一支团队,使用OPM来衡量PCIMT患者及其治疗师的大脑。

DeLuca希望大脑测量能够帮助揭示治疗中的最佳实践。限制对患者的肢体较强有多重要?病人应该做多少工作?是否有生物标志物可以证明该疗法正在起作用?

然后可以使用该数据来优化PCIMT,并有助于说服更多的保险提供商为此付费。

对于蒙塔古(Montague)而言,OPM是向大脑看到大脑的另一种方式。

利用量子物理学,研究人员可以读取神经元射击的令人难以置信的微小磁场 - 以速度和精度测量大脑。

作为弗拉林人类神经科学研究中心负责人,蒙塔古(他有暗示里德·理查兹(Reed Richards)关于他)和他的同事们培训AI模型诊断心理健康障碍;使用fMRI更好地理解和战斗成瘾;和将探针放入患者的大脑中对其神经递质进行实时测量。

这个想法是,未来来到罗阿诺克(Roanoke)接受DeLuca和卡车接受PCIMT的患者也将测量其课程 - 治疗师和患者的内部相互作用,这是对原子的量子影响所揭示的。

最终,希望将OPM传感器放置在更靠近患者的头部,从而可以更加精确的测量,甚至更接近在现实环境中测量大脑。

蒙塔古说:“这将带入一个领域,使其真正移动。”“不仅仅是我们在阿巴拉契亚。”

弗吉尼亚理工大学说,目前,北美没有其他人正在做功能性神经影像。德克萨斯州有一个类似的,较小的设施,但尚未旨在一次衡量两个人或允许运动。

工作的大脑

功能性神经影像恰恰是听起来的样子:在工作中拍摄大脑的图像。有多种方法可以做到这一点,并且都有他们的利弊。

进行功能性MRI。fMRI测量血流的变化。通过查看血液在大脑中流动的位置,我们可以推断出比平常更努力的大脑部位。

但是,该技术有一些显着的缺点。测量血流而不是脑细胞是间接脑活动的测量。FMRIS也接受永恒在每个快照之间 - 它们的“时间分辨率”较低。

与视频相比,这就像一本活动翻译。

OPM可能更接近神经病学的圣杯:在自然主义环境中测量大脑。

相比之下,磁脑电图(MEG)和脑电图(EEG)提供直接的大脑活动的测量。

MEGS,包括OPM,感知脑细胞的磁场和EEG的类别测量电流。他们这样做很多比fMRI快。

诺丁汉大学彼得·曼斯菲尔德(Peter Mansfield)成像中心的研究员埃琳娜·博托(Elena Boto)说:“梅格(Meg)和脑电图(Eeg)所看的是大脑的功能。”

“大脑,我们知道这是电路。因此,要测量大脑的功能,您需要查看由大脑中神经元组件产生的电流或与这些电流相关的磁场。”

将MEG与脑电图区分开的原因是,它可以准确地查明正在射击的神经元的位置。

Svenja Knappe说:“磁场穿过您的头骨和水。”电信号没有,最终结果是模糊的图像。

Knappe是科罗拉多大学的副研究教授,也是OPM-MEG制造商Fieldline Inc.的联合创始人。Knappe是在美国国家标准技术学院(NIST)开发OPM的团队的一员,并以前是Quspin的高级科学家,该科学家将OPM商业化并在弗吉尼亚理工大学使用了。

大多数MEG读数都是使用称为Squids的传感器进行的。这些需要通过液态氦气保持寒冷,因此将鱿鱼放入刚性,小脑- 类似的头饰会阻碍运动,并使传感器保持珍贵的厘米远离大脑。即使是微小的距离也影响了鱿鱼能够测量大脑的能力。

Keya头上的OPM传感器不需要保持超冷。无需液态氦,可以将它们部署到她的头皮上。

华盛顿大学I-LABS MEG MEG脑成像中心主任Samu Taulu说:“从我的角度来看,OPM的主要好处是可以将它们放在更靠近感兴趣的源头上。”

因为磁场是如此之小,所以传感器和大脑之间的分钟距离也降低了精度。通过Taulu实验室中通过MEG测量的婴儿提供的阅读量比您或我想要的更好。他们的头骨更薄!

缺乏液体氦气意味着OPM传感器可以没有刚性头盔,这使运动更容易。根据陶卢(Taulu)的说法,传统梅格(Megs)的受试者也可以移动。当我们查看数据时,我们已经有了数学来平衡这一点。虽然,Knappe指出,刚性头盔是固定的,限制了任何运动。

从原子钟到黑匣子

每个OPM传感器本质上都是原子钟。

它们包含对磁场敏感的Rubidium气体及其方向。

弗拉林生物医学研究所副教授斯蒂芬·拉科特(Stephen Laconte)说:“取决于磁场的波动……多云的变化是多么多。”

通过通过气体发光激光,OPM使用传输的光量来测量磁场的存在和强度。

通过消除地球的磁场和岩石屏蔽房间内的其他物体,并控制房间内的磁场,例如您的心脏和肌肉,您可以将神经元在大脑中以速度发射的位置放在一起以及其他神经影像技术所缺乏的准确性。

凯阿(Keya)坐着凝视,并测量了她的大脑产生的磁场。她不应该积极思考,当然,现在她意识到自己的想法。

测量的相互作用

在白色房间内,凯亚(Keya)凝视着屏幕上投射的加号。她穿着从右肩伸出的演员,触手可及。该设备正在对她的思想进行休息状态。传感器在她的头上温暖,几乎使她入睡。

铸件被去除,她坐着凝视,她的大脑产生的磁场再次被测量。她不应该积极思考,当然,现在她意识到自己的想法。

她想知道蒙塔古(Montague)和研究人员是否从观察室通过网络摄像头观看,可以告诉她可以通过通讯系统听到他们的声音 - 可以告诉她在她的大脑中听到的声音。

在屏幕上的指导下,她在左右的手指上敲打手指。她又做了一次,但只有在她的脑海中。

磁场向外面的科学家们嗡嗡作响。

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