Brain imaging technique could improve treatment for infants. La tecnica di analisi delle immagini del cervello potrebbe migliorare il trattamento per i neonati.
Brain imaging technique could improve treatment for infants. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this application. / La tecnica di analisi delle immagini del cervello potrebbe migliorare il trattamento per i neonati. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questa applicazione.
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Scientists are investigating a more accurate brain imaging technique that could improve outcomes for children and will work with cryogen-free sensors.
The five-year project is being undertaken by scientists from Nottingham University and University College London (UCL).
Magnetoencephalography (MEG) maps brain activity by measuring the magnetic fields generated by electrical currents that occur naturally in the brain. A £1.6m Collaborative Award in Science from Wellcome is funding the construction of a new type of MEG scanner which could quadruple the sensitivity of current devices.
Dr Matthew Brookes and Prof Richard Bowtell, in the School of Physics and Astronomy are leading the research in Nottingham, where they have designed and built a 3D printed prototype wearable helmet and are in the early stages of developing the new MEG system.
Dr Brookes said: “Quantum technology has allowed the development of a new type of optical sensor which has the sensitivity to detect the weak magnetic fields from the brain. Unlike current technology, these new sensors can operate at room temperature, so they can be placed directly on the scalp surface. Our calculations show that by getting the sensors closer to the head we can quadruple the sensitivity of the field detection. This will revolutionize the kind of effect that we are able to detect from the human brain.”
According to Nottingham University, most current MEG systems are cumbersome and built around a small bore into which a participant’s head is gently clamped because the sensors, which have to be kept at minus 269 degrees, cannot be moved. This static, one-size-fits-all system restricts the subject groups that can be scanned and the experimental questions that can be addressed.
Work on the project began two years ago to assess the potential of quantum sensors in computational simulations. A small number of quantum sensors were then purchased and used to show, experimentally, that the expected improvement in sensitivity could become a reality. Based on this pilot data, they have now received the Wellcome award to construct a fully functional multi-channel MEG system based on quantum sensors, of which £800,000 is funding Nottingham’s contribution.
While the physics-based development needed to make the scanner work is being carried out in Nottingham, experts at UCL are carrying out detailed computational and theoretical modeling of the brain to frame the neuroscience and establish what neuroscience questions can be addressed.
The research project, ‘Moving functional brain imaging into the real world: A wearable, cryogen-free, MEG system’, is led by Prof Gareth Barnes, in the Wellcome Trust Centre for Neuroimaging at UCL.
He said: “The realization of this system is a huge, but extremely exciting, challenge, with the potential to revolutionize the brain imaging field. Our simulations and pilot experiments have already shown the unique potential of the new quantum sensors. Our scanner will be worn on the head like a helmet, meaning subjects can undertake tasks whilst moving freely in an open and natural environment.”
The new scanner is expected to be particularly useful in children. Prof Richard Bowtell, director of the Sir Peter Mansfield Imaging Centre in Nottingham said MEG systems are essentially ‘one size fits all’ and sensitivity is limited for subjects with smaller heads, such as infants because their heads are further from the detectors.
“Room temperature quantum sensors can be mounted directly on the scalp of any subject,” he said. “This will give us a projected four-fold increase in sensitivity for adults, but the sensitivity could potentially be up to a 15 or 20 fold increase for children or babies.”
ITALIANO
Gli scienziati stanno studiando una tecnica di indagine del cervello più accurata che potrebbe migliorare i risultati per i bambini e lavorerà con sensori senza criogenesi.
Il progetto quinquennale è stato intrapreso da scienziati dell'università di Nottingham e dell' University College London (UCL).
La magnetoencefalografia (MEG) elabora l'attività cerebrale misurando i campi magnetici generati dalle correnti elettriche che si verificano naturalmente nel cervello. Un premio collaborativo di 1.6 milioni di £ in Scienza di Wellcome sta finanziando la costruzione di un nuovo tipo di scanner MEG, che potrebbe quadruplicare la sensibilità dei dispositivi attuali.
Dottor Matthew Brookes e Prof. Richard Bowtell, nella scuola di fisica e astronomia, conducono la ricerca a Nottingham, dove hanno progettato e costruito un casco protettivo da stampa 3D e sono nelle prime fasi dello sviluppo del nuovo sistema MEG.
Il dottor Brookes ha dichiarato: "La tecnologia quantistica ha permesso lo sviluppo di un nuovo tipo di sensore ottico che ha la sensibilità di rilevare i campi magnetici deboli dal cervello. A differenza della tecnologia attuale, questi nuovi sensori possono funzionare a temperatura ambiente, pertanto possono essere posizionati direttamente sulla superficie del cuoio capelluto. I nostri calcoli mostrano che, avvicinando i sensori alla testa, possiamo quadruplicare la sensibilità del rilevamento del campo. Questo rivoluzionerà il tipo di effetto che siamo in grado di rilevare dal cervello umano ".
Secondo l'Università di Nottingham, i sistemi MEG più attuali sono ingombranti e costruiti intorno ad un piccolo foro in cui la testa di un partecipante viene bloccata dolcemente perché i sensori, che devono essere tenuti a meno di 269 gradi, non possono essere spostati. Questo sistema statico, a un unico formato, limita i gruppi di soggetti che possono essere scansionati e le domande sperimentali che possono essere indirizzate.
Il lavoro sul progetto è iniziato due anni fa per valutare il potenziale dei sensori quantistici nelle simulazioni computazionali. Un piccolo numero di sensori quantistici furono poi acquistati e utilizzati per mostrare, sperimentalmente, che il miglioramento previsto della sensibilità potrebbe diventare una realtà. Sulla base di questi dati pilota, hanno ricevuto il premio Wellcome per costruire un sistema MEG multifunzionale completamente funzionale basato sui sensori quantistici, di cui 800.000 £ finanzia il contributo di Nottingham.
Mentre lo sviluppo della fisica necessaria per eseguire lo scanner è in corso a Nottingham, gli esperti di UCL stanno eseguendo una dettagliata modellazione computerizzata e teorica del cervello per inquadrare la neuroscienza e stabilire quali domande di neuroscienze possono essere affrontate.
Il progetto di ricerca "Moving imaging del cervello funzionale nel mondo reale: un sistema MEG" indossabile, privo di criogenesi, è guidato dal Prof Gareth Barnes, nel Wellcome Trust Center per la Neuroimaging presso UCL.
Ha detto: "La realizzazione di questo sistema è una sfida enorme, ma estremamente emozionante, con il potenziale per rivoluzionare il campo dell'immagine cerebrale. Le nostre simulazioni e gli esperimenti pilota hanno già mostrato il potenziale unico dei nuovi sensori quantistici. Il nostro scanner sarà indossato sulla testa come un casco, il che significa che i soggetti possono intraprendere compiti mentre si muovono liberamente in un ambiente aperto e naturale ".
Il nuovo scanner dovrebbe essere particolarmente utile nei bambini. Prof Richard Bowtell, direttore del Centro di Imaging Sir Peter Mansfield di Nottingham, ha dichiarato che i sistemi MEG sono essenzialmente "adatti a tutti" e la sensibilità è limitata per soggetti con testine più piccole, come i neonati, perché le loro teste sono più lontani dai rilevatori.
"I sensori quantistici della temperatura ambiente possono essere montati direttamente sul cuoio capelluto di qualsiasi soggetto", ha detto. "Ciò ci darà un aumento di quattro volte maggiore della sensibilità per gli adulti, ma la sensibilità potrebbe potenzialmente essere fino ad un aumento di 15 o 20 volte per i bambini o per i neonati".
https://www.theengineer.co.uk/brain-imaging-technique-could-improve-treatment-for-infants/?cmpid=tenews_3630253&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E
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