磁腦電圖（MEG）是一種功能強(qiáng)大的神經(jīng)成像技術(shù)，可提供有關(guān)腦電生理學(xué)的非侵入性窗口。傳統(tǒng)的MEG系統(tǒng)基于低溫傳感器，它可以檢測由神經(jīng)元組件中的同步電流產(chǎn)生的顱外小磁場，但是這種系統(tǒng)有基本的局限性。近年來，一種名為“光泵磁力儀”(OPMs)的量子設(shè)備有望解除這些限制，提供一種適應(yīng)性強(qiáng)、可運(yùn)動強(qiáng)健的、數(shù)據(jù)質(zhì)量更好、成本更低的磁圖儀。

全球首款基于Quspin傳感器的50通道腦磁圖記錄儀陣列，在諾丁漢大學(xué)的彼得·曼斯菲爾德爵士影像中心已經(jīng)投入運(yùn)營。該系統(tǒng)使用安裝在頭皮上（使用類似EEG的柔性帽）的Gen-2 QZFM來測量由流過神經(jīng)元組件的電流產(chǎn)生的磁場。通過這種方式，它可以直接和非侵入性地推斷人腦電生理學(xué)。該系統(tǒng)放置在專用的磁屏蔽室【如需磁屏蔽室可聯(lián)系昊量光電工程師】，這樣可以減少環(huán)境電磁干擾，并限制靜電（地球）場。這種精確的磁場控制，加上輕便的安裝在頭皮上的傳感器和帽子，使MEG測量成為可能，即使受試者在測量過程中移動(Boto et al, Nature, 2018)。

FIG1：顯示了安裝在志愿者頭上的Quspin零場磁力計陣列圖像

作為第一次演示該50通道的腦磁設(shè)備，我們采用了一個視覺眼肌運(yùn)動的任務(wù)。研究人員向受試者展示了一個由同心圓組成的視覺刺激圖形(稱為圓形光柵)。當(dāng)視覺刺激圖像在屏幕的同時，受試者被要求移動他們的手指。共計進(jìn)行100次試驗，每次試驗持續(xù)7s，屏幕上光柵顯示的時間為2.5到3s。在OPM-MEG數(shù)據(jù)采集之后，使用一種新開發(fā)的光學(xué)掃描技術(shù)測量了傳感器在頭皮上的位置和方向。對OPM放置的準(zhǔn)確了解允許使用波束形成器進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，以精確確定大腦中任何可測量的神經(jīng)磁作用起源。

圖2顯示了這些實驗的結(jié)果。左側(cè)面板顯示通過光學(xué)掃描確定的OPM在頭皮上的位置。中間和右側(cè)面板分別顯示了被測大腦在視覺皮層和運(yùn)動皮層中功能。我們能夠測量高精度的MEG數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表明呈現(xiàn)的視覺刺激引起了初級視覺皮層55-70 Hz“伽馬”振蕩的增加。同時，手指運(yùn)動導(dǎo)致運(yùn)動過程中β振蕩的下降，緊隨刺激后，運(yùn)動后的運(yùn)動量增加至基線以上（稱為β反彈）。該β振蕩反應(yīng)被證明為很好地定位于初級感覺運(yùn)動皮層。

FIG2：為50通道設(shè)備的實驗結(jié)果。左面板：數(shù)字化的OPM在頭皮表面的位置。中央面板：視覺刺激引起的55-70 Hz“伽馬”振蕩。右上方的圖顯示了一個時間頻率頻譜圖，其中X軸為時間，Y軸為神經(jīng)振蕩的頻率。黃色顯示神經(jīng)振蕩增加，而藍(lán)色顯示減少。注意高頻活動。在大腦圖像中，突出顯示的區(qū)域表明該伽瑪活動很好地映射到初級視覺皮層。右面板：等效時間頻率頻譜圖和用于β調(diào)制的功能圖像。請注意，在任務(wù)執(zhí)行過程中，α（8-13 Hz）和β（13-30 Hz）振蕩幅度的損失均與手指移動有關(guān)。圖像顯示，β調(diào)制位于初級運(yùn)動皮層。

這些實驗是首次運(yùn)用大型QuSpin磁力計陣列。結(jié)果表明，我們可以通過較高的傳感器數(shù)量獲得高保真度的神經(jīng)影像數(shù)據(jù)。將傳感器陣列與磁屏蔽和新穎的線圈設(shè)計相結(jié)合，意味著受試者可以在數(shù)據(jù)采集過程中移動。此外，使用光學(xué)掃描可以確定傳感器位置，從而準(zhǔn)確確定腦功能起源的位置，在這種情況下，可以在單個實驗中定位到多個腦區(qū)域。這些初步結(jié)果是邁向全頭OPM-MEG設(shè)備的重要一步。隨著適應(yīng)于任何頭部形狀的靈活性的提高，實現(xiàn)新穎實驗范式的運(yùn)動容差以及極高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，這為神經(jīng)科學(xué)實驗提供了一個新的臺階。

審核編輯：符乾江