光學腦成像,用讀腦頭盔「看穿」大腦

作者 | 發布日期 2022 年 03 月 21 日 8:30 | 分類 光電科技 , 生物科技 , 穿戴式裝置 Telegram share ! follow us in feedly


我們每天都用腦子思考,但人的大腦複雜、精妙、神祕,對它的了解依舊很少。但這些年來腦成像技術發展,讓研究人類大腦如何工作的科學家有新進展。

美國神經技術新創Kernel研究人員開發名為「Kernel Flow」的可穿戴裝置,形似頭盔,採TD-fNIRS(時域功能性近紅外光譜)技術,可記錄局部血氧變化測量大腦活動。

大多數非侵入式大腦掃描系統採用fNIRS(連續波近紅外光譜成像)技術,使用近紅外光譜光測量大腦循環血液血紅蛋白吸收光的變化。TD-fNIR認為是無創光學腦成像設備的黃金標準,也不是新技術,但高成本、複雜、體積大、採樣頻率不高等限制了應用。

Kernel Flow由52個模組組成,分布四個區域,可覆蓋額葉、頂葉、顳葉和枕葉皮質。每個模組都有探測器與雷射光源,可發射690奈米與850奈米兩種波長雷射,穿過頭皮到達大腦。

雷射光源周圍有6個六角形排列的探測器,每個探測器與光源的距離為10公釐。探測器會收集反射光,記錄光子到達時間,每秒約可探測超過十億個光子。

探測器將檢測到的光子到達時間以200Hz採樣率記錄做成直方圖,整個系統採樣頻率為7.1Hz。專為高光子計數率設計的探測器,最佳化漫射光學斷層掃描的ToF測量,處理秒速超過1×10的9次方。SPIE.DIGITALLIBRARY

(Source:SPIE.DIGITALLIBRARY,下同)

Kernel的神經科學測試,兩名志願者在手指敲擊任務期間,運動皮層通道有明顯血流動力學變化。Kernel Flow的TD-fNIR系統,還借助高採樣率在志願者之一額頭通道辨識心跳振盪。SPIE.DIGITALLIBRARY

▲ 志願者的測試數據。

除了這些測試,Kernel還計劃使用Flow進行多項目標研究。如透過大腦圖像了解情緒、氯胺酮等迷幻藥物的副作用、注意力持續時間等研究。不過Kernel研究員表示,這項技術還有局限性,髮質和皮膚類型會影響大腦成像結果。

但這台僅重2.2 公斤,由小型雷射驅動器、客製整合電路和專用檢測器構建的設備,性能已經與大型系統類似。雖然商業化可行性還有待提高,但不久之後,我們或許就能像測心率測量大腦功能。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:Kernel