可穿戴新式研究技術(shù)：可對(duì)嬰幼兒大腦進(jìn)行成像

不論是腦機(jī)接口，還是人工智能，歸根結(jié)底，都離不開(kāi)腦科學(xué)的支撐。事實(shí)上，腦機(jī)接口和人工智能始于腦科學(xué)，也受腦科學(xué)發(fā)展的局限。因此，對(duì)于人腦的研究顯得至關(guān)重要。

近日，英國(guó)科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)展示了一種對(duì)嬰幼兒大腦進(jìn)行成像的新技術(shù)。這一突破希望能讓研究人員在不需要昂貴的核磁共振成像機(jī)的情況下，有新的方法來(lái)研究自然環(huán)境中的嬰兒大腦活動(dòng)。

用傳統(tǒng)的神經(jīng)影像學(xué)方法研究清醒嬰兒的大腦皮質(zhì)功能是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。這是因?yàn)?，嬰兒通常非常活躍，由于他們一直移動(dòng)，且很容易分心，而使用核磁共振成像這樣的技術(shù)，受試者必須完全保持靜止，這對(duì)清醒的嬰兒來(lái)說(shuō)幾乎是不可能的。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，功能性近紅外光譜（fNIRS）在發(fā)育神經(jīng)科學(xué)中越來(lái)越普遍，但其在分辨率、空間特異性和工效學(xué)等方面都有很大的局限性。此外，與典型的fNIRS方法相比，高密度近紅外光源和探測(cè)器陣列在空間分辨率和特異性方面有了顯著提高。

然而，大多數(shù)現(xiàn)有的fNIRS設(shè)備只允許獲得約20-100個(gè)稀疏分布的fNIRS信道，增加光電二極管的數(shù)量帶來(lái)了重大的機(jī)械挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)于嬰兒應(yīng)用。

而在此次研究中，新一代可穿戴、模塊化、高密度漫反射光學(xué)層析成像（HD-DOT）技術(shù)則克服了傳統(tǒng)的、基于光纖和低密度f(wàn)NIRS測(cè)量的局限性。在這項(xiàng)新技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，研究人員利用可穿戴HD-DOT進(jìn)行了第一項(xiàng)嬰兒大腦研究。

其中，可穿戴HD-DOT系統(tǒng)被稱為L(zhǎng)UMO，測(cè)試的原型來(lái)自UCL的衍生公司Gowerlabs。帽上的每個(gè)六邊形包含三個(gè)LED光源和四個(gè)傳感器。近紅外光用于檢測(cè)大腦氧合的變化。這些氧合變化顯示了大腦中正忙于處理信息的區(qū)域，這意味著研究小組第一次能夠在核磁共振掃描儀之外創(chuàng)建嬰兒大腦活動(dòng)的高質(zhì)量三維圖像。

通過(guò)這些變化，研究人員可以有效地繪制出大腦哪些部位正在積極工作的實(shí)時(shí)地圖。這也為各個(gè)領(lǐng)域的研究人員更多地了解健康嬰兒大腦的發(fā)育情況提供了技術(shù)途徑，不僅是人工智能的腦科學(xué)研究，更對(duì)關(guān)于腦類疾病建立疾病診斷、監(jiān)測(cè)和最終治療提供了新的方法。

這項(xiàng)新研究發(fā)表在《NeuroImage》雜志上。

責(zé)任編輯：xj