یک دستگاه پوشیدنی جدید به شکل کلاه ایمنی، فعالیت مغز را کنترل می کند –

اکثر سیستم‌های اسکن مغز غیرتهاجمی از fNIRS با موج پیوسته استفاده می‌کنند، جایی که بافت توسط جریان ثابتی از فوتون‌ها تابش می‌شود. با این حال، این سیستم ها نمی توانند بین فوتون های پراکنده و جذب شده تفاوت قائل شوند. پیشرفت اخیر در این تکنیک دامنه زمانی (TD)-fNIRS است که از پالس های پیکوثانیه ای نور و آشکارسازهای سریع برای تخمین پراکندگی و جذب فوتون در بافت ها استفاده می کند. با این حال، چنین سیستم هایی گران و پیچیده هستند و دارای یک فاکتور شکل بزرگ هستند که پذیرش گسترده آنها را محدود می کند.

برای غلبه بر این چالش ها، محققان از Kernel، یک شرکت فناوری عصبی، یک هدست پوشیدنی بر اساس فناوری TD-fNIRS توسعه دادند. این دستگاه که “Kernel Flow” نام دارد، 2.05 کیلوگرم وزن دارد و شامل 52 ماژول است که در چهار صفحه قرار گرفته اند که در دو طرف سر قرار می گیرند. مشخصات و عملکرد سیستم کرنل فلو در گزارش شده است مجله اپتیک زیست پزشکی (JBO).

ماژول های هدست دارای دو منبع لیزری هستند که پالس های لیزری با عرض کمتر از 150 پیکو ثانیه تولید می کنند. سپس فوتون ها از یک منشور منعکس می شوند و در یک لوله نور منبع که پرتو را به پوست سر هدایت می کند ترکیب می شوند. پالس های لیزر پس از عبور از پوست سر، توسط شش لوله نور آشکارساز فنری که قطر آنها 2 میلی متر است، گرفته می شود و سپس به شش آشکارساز شش ضلعی در فاصله 10 میلی متری از منبع لیزر منتقل می شود. آشکارسازها زمان‌های رسیدن فوتون را در هیستوگرام ثبت می‌کنند و می‌توانند نرخ‌های شمارش فوتون‌های بالا (بالای 1 × 10) را کنترل کنند⁹ شمارش در ثانیه).

برای نشان دادن عملکرد آن، سیستم Kernel Flow برای ضبط سیگنال های مغزی دو شرکت کننده که یک کار ضربه زدن با انگشت را انجام می دادند، استفاده شد. در طول جلسه آزمایش، هیستوگرام از بیش از 2000 کانال از سراسر مغز جمع آوری شد تا تغییرات غلظت اکسی هموگلوبین و دئوکسی هموگلوبین اندازه گیری شود.

مشخص شد که این سیستم با سیستم‌های TD-fNIRS معمولی مطابقت دارد. رایان فیلد، مدیر ارشد فناوری در Kernel و نویسنده مربوطه این مطالعه توضیح می‌دهد: «ما عملکردی شبیه به سیستم‌های رومیزی را با دستگاه مینیاتوری خود نشان دادیم که با پروتکل‌های استاندارد فانتوم بافت و نوری برای TD-fNIRS و نتایج علوم اعصاب انسانی مشخص می‌شود.

در حالی که نتایج امیدوارکننده هستند، فیلد نیاز به آزمایش های بیشتر را تایید می کند زیرا نور مادون قرمز نزدیک به طور متفاوت توسط انواع مو و پوست خاص جذب می شود. او می‌گوید: “ما در حال حاضر در حال جمع‌آوری داده‌ها با Kernel Flow هستیم تا کاربردهای بیشتری در علوم اعصاب انسانی را نشان دهیم. همچنین در حال ارزیابی عملکرد سیستم با انواع مو و پوست هستیم.”

Kernel Flow سیستم‌های TD-fNIRS در مقیاس بزرگ را به شکل پوشیدنی بسته‌بندی می‌کند و نسل بعدی دستگاه‌های تصویربرداری نوری غیرتهاجمی مغز را ارائه می‌دهد. سیستم‌هایی مانند Kernel Flow تصویربرداری عصبی را بسیار در دسترس‌تر می‌کنند تا مزایای گسترده‌ای در سلامت و علم ایجاد کنند. به عنوان مثال، FDA اخیراً مجوز مطالعه ای را با استفاده از سیستم کرنل فلو برای اندازه گیری اثر روانگردان کتامین بر مغز صادر کرده است.

سردبیر مهمان JBO، دیمیتریس گورپاس، از مرکز تحقیقات آلمان برای سلامت محیط، اظهار داشت: «این اولین سیستم پوشیدنی پوشیدنی TD-fNIRS با پوشش تمام سر در جهان است که عملکرد سیستم‌های رومیزی موجود را حفظ یا بهبود می‌بخشد و پتانسیل رسیدن به مأموریت خود را دارد. من واقعاً مشتاقانه منتظر چیزی هستم که مغز هنوز فاش نکرده است.”