Wetenschappers van de Universiteit van Nottingham werken samen met University College London (UCL) aan een vijfjarig project dat de potentie heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in de wereld van beeldvorming van het menselijk brein.

Magneto-encefalografie (MEG) is een techniek om hersenactiviteit in kaart te brengen - het meet de magnetische velden die worden gegenereerd door elektrische stromen die van nature in de hersenen voorkomen. Een Collaborative Award in Science van £ 1,6 miljoen van Wellcom financiert de bouw van een nieuw type MEG-scanner die, indien succesvol, zou de gevoeligheid van de huidige ultramoderne apparaten kunnen verviervoudigen.

Dr Matthew Brookes en professor Richard Bowtell, in de School of Physics and Astronomy leiden het onderzoek in Nottingham, waar ze al een 3D-geprint prototype draagbare helm hebben ontworpen en gebouwd en zich in de zeer vroege stadia van de ontwikkeling van het nieuwe MEG-systeem bevinden. Afbeeldingen zijn beschikbaar via deze dropbox-link.

Dr. Brookes zei:"Quantumtechnologie heeft de ontwikkeling mogelijk gemaakt van een nieuw type optische sensor die de gevoeligheid heeft om de zwakke magnetische velden van de hersenen te detecteren. In tegenstelling tot de huidige technologie, deze nieuwe sensoren kunnen werken bij kamertemperatuur, zodat ze direct op het hoofdhuidoppervlak kunnen worden geplaatst. Uit onze berekeningen blijkt dat door de sensoren dichter bij het hoofd te plaatsen, we de gevoeligheid van de velddetectie kunnen verviervoudigen. Dit zal een revolutie teweegbrengen in het soort effect dat we kunnen detecteren vanuit het menselijk brein."

De meeste huidige MEG-systemen zijn omslachtig, gebouwd rond een kleine boring waarin het hoofd van een deelnemer voorzichtig wordt geklemd omdat de sensoren, die op min 269 graden moeten worden gehouden, kan niet worden verplaatst. Het is een statisch, one-size-fits-all systeem. Deze kunstmatige omgeving beperkt zowel de onderwerpgroepen die kunnen worden gescand als de experimentele vragen die kunnen worden beantwoord.

Pilot-experimenten toonden potentieel van nieuwe kwantumsensoren

Het samenwerkende team begon 2 jaar geleden op dit gebied te werken, het beoordelen van het potentieel van kwantumsensoren in computationele simulaties. Naar aanleiding hiervan, met behulp van pump-priming financiering van UCL en de Universiteit van Nottingham, het team kocht een klein aantal kwantumsensoren, en gebruikte ze om te laten zien, experimenteel, dat de verwachte verbetering van de gevoeligheid werkelijkheid zou kunnen worden. Op basis van deze pilotgegevens ze hebben nu de Wellcome-prijs ontvangen om een ​​volledig functioneel meerkanaals MEG-systeem te bouwen op basis van kwantumsensoren - waarvan £ 800, 000 financiert het werk in Nottingham.

Terwijl de op fysica gebaseerde ontwikkeling die nodig is om de scanner te laten werken in Nottingham wordt uitgevoerd, experts van de UCL voeren gedetailleerde computationele en theoretische modellering van de hersenen uit om de neurowetenschap in te kaderen en vast te stellen welke neurowetenschappelijke vragen kunnen worden beantwoord.

Er ligt een enorme en uitdagende taak in het verschiet

Het onderzoeksproject, 'Functionele hersenbeeldvorming naar de echte wereld verplaatsen:een draagbare, cryogeenvrij, MEG-systeem', wordt geleid door professor Gareth Barnes, in het Wellcome Trust Center for Neuroimaging aan de UCL. Hij zei:"De realisatie van dit systeem is een enorm, maar buitengewoon spannend uitdaging, met het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in het beeldvormingsveld van de hersenen. Onze simulaties en pilot-experimenten hebben het unieke potentieel van de nieuwe kwantumsensoren al aangetoond."

Professor Barnes vervolgde:"Onze scanner zal als een helm op het hoofd worden gedragen, wat betekent dat proefpersonen taken kunnen uitvoeren terwijl ze zich vrij bewegen in een open en natuurlijke omgeving."

De nieuwe scanner heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de beeldvorming van de hersenen voor alle onderwerpen, maar zal vooral nuttig zijn bij kinderen. Professor Richard Bowtell, subsidie-medeaanvrager en directeur van het Sir Peter Mansfield Imaging Center in Nottingham zei:"Omdat MEG-systemen in wezen 'one size fits all' zijn, de gevoeligheid is beperkt voor onderwerpen met kleinere hoofden zoals baby's, omdat hun hoofden verder van de detectoren verwijderd zijn. Kwantumsensoren voor kamertemperatuur kunnen direct op de hoofdhuid van elk onderwerp worden gemonteerd. Dit geeft ons een verwachte verviervoudiging van de gevoeligheid voor volwassenen, maar de gevoeligheid kan mogelijk tot 15 of 20 keer toenemen voor kinderen of baby's."

De eerste fase van hun werk is al gepubliceerd. Wat het onderzoeksteam echt wil doen, is deze technologie vertalen naar neurowetenschap en uiteindelijk een klinisch hulpmiddel voor aandoeningen zoals medicijnresistente epilepsie en schizofrenie.