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可穿戴新式研究技术,可绘制婴儿大脑地图

2020-11-28 11:34
陈述根本
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文/陈根

不论是脑机接口,还是人工智能,归根结底,都离不开脑科学的支撑。事实上,脑机接口和人工智能始于脑科学,也受脑科学发展的局限。因此,对于人脑的研究显得至关重要。

近日,英国科学家和工程师团队展示了一种对婴幼儿大脑进行成像的新技术。这一突破希望能让研究人员在不需要昂贵的核磁共振成像机的情况下,有新的方法来研究自然环境中的婴儿大脑活动。

用传统的神经影像学方法研究清醒婴儿的大脑皮质功能是一项极具挑战性的工作。这是因为,婴儿通常非常活跃,由于他们一直移动,且很容易分心,而使用核磁共振成像这样的技术,受试者必须完全保持静止,这对清醒的婴儿来说几乎是不可能的。

为了应对这一挑战,功能性近红外光谱(fNIRS)在发育神经科学中越来越普遍,但其在分辨率、空间特异性和工效学等方面都有很大的局限性。此外,与典型的fNIRS方法相比,高密度近红外光源和探测器阵列在空间分辨率和特异性方面有了显著提高。

然而,大多数现有的fNIRS设备只允许获得约20-100个稀疏分布的fNIRS信道,增加光电二极管的数量带来了重大的机械挑战,尤其是对于婴儿应用。

而在此次研究中,新一代可穿戴、模块化、高密度漫反射光学层析成像(HD-DOT)技术则克服了传统的、基于光纤和低密度fNIRS测量的局限性。在这项新技术发展的推动下,研究人员利用可穿戴HD-DOT进行了第一项婴儿大脑研究。

陈根:可穿戴提供新式研究技术,可绘制婴儿大脑地图

其中,可穿戴HD-DOT系统被称为LUMO,测试的原型来自UCL的衍生公司Gowerlabs。帽上的每个六边形包含三个LED光源和四个传感器。近红外光用于检测大脑氧合的变化。这些氧合变化显示了大脑中正忙于处理信息的区域,这意味着研究小组第一次能够在核磁共振扫描仪之外创建婴儿大脑活动的高质量三维图像。

通过这些变化,研究人员可以有效地绘制出大脑哪些部位正在积极工作的实时地图。这也为各个领域的研究人员更多地了解健康婴儿大脑的发育情况提供了技术途径,不仅是人工智能的脑科学研究,更对关于脑类疾病建立疾病诊断、监测和最终治疗提供了新的方法。

这项新研究发表在《NeuroImage》杂志上。

陈根:可穿戴提供新式研究技术,可绘制婴儿大脑地图

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