产品应用|50通道QUSPIN OPM-MEG零场磁力计阵列用于多通道脑磁记录仪

日期：2022-07-08 浏览量：1448

诺丁汉大学彼得·曼斯菲尔德爵士成像中心（The Sir Peter Mansfield Imaging Centre）已正式使用基于QUSPIN传感器建立起的50个通道OPM-MEG阵列。该系统使用第2代QZFM，通过一个灵活的保护罩（类似脑电图）安装在头皮上来测量通过神经元的电流产生的磁场。这种方式为人脑电生理学的研究提供了直接且非侵入式的研究手段。

该系统安装在Magnetic Shields Limited (MSL)建造的专用磁屏蔽室(MSR)内。这可以减少环境磁干扰，并屏蔽地磁场。背景场由一组双平面线圈进一步控制(Holmes et al, NeuroImage 2018)，该装置现在同样可以从MSL购买到。这种精确的磁场控制，配合安装了轻量传感器和保护罩的帽子，即使受试者在测量过程中移动也能进行MEG测量(Boto et al, Nature, 2018)。

例1：图为受试者头皮上安装的QUSPIN零场磁力计阵列。

作为我们50个通道设备的第一次演示，我们采用了一个视觉运动的实验。实验主要展现一种视觉刺激，其中包括一个移动的同心圆图案(称为圆光栅)。当视觉刺激出现在屏幕上时，受试者需要移动他们的手指。总计100个实验，每次试验持续7 s，屏幕光栅在2.5 s ~ 3 s之间。在收集了OPM-MEG数据后，使用新开发的光学扫描技术测量头皮上传感器的位置和方向。通过对OPM位置的精确了解，可以使用波束成形术进行数据建模，从而精确地确定大脑中任何可测量的神经磁效应的来源。

 图2显示了这些实验的结果。左侧面板显示了经光学扫描确定的头皮上的OPMs位置。中图和右图分别显示了视觉皮质和运动皮质在大脑中的功能。我们能够测量的高精度脑磁图数据显示，视觉刺激引发了初级视觉皮层中55-70Hz“γ”振荡的增加。与此同时，手指的移动引起了β振荡的下降，随后在刺激之后立即增长至高于基准线(这被称为β反弹)。实验显示这种β振荡反应被很好的局限在了初级感觉运动皮层。

图2：前50个通道实验结果显示。左图：OPMs在头皮表面位置的数字化显示。中心图：由视觉刺激引起的55-70Hz的“γ”振荡。右上角的图是时间-频率谱图，x轴是神经振荡的频率，y轴是时间，黄色表示神经振荡增加，蓝色表示减少。注意高频活动，在大脑图像中，高亮的区域显示，这种伽马活性很好地映射到初级视觉皮层。右面板:beta调制的等效时频谱图和功能图像。注意，在实验中α (8-13 Hz)和β (13-30 Hz)振荡振幅的损耗与手指的移动有关。图像显示，β调制集中于初级运动皮层。

该实验首次采用了如此大规模的QUSPIN磁强计阵列。结果表明，高精度的神经成像数据与高传感器计数是可以实现的。将传感器阵列，磁屏蔽和新颖的线圈设计相结合，使受试者能够在数据采集过程中移动。此外，光学扫描的使用可以确定传感器的位置，从而在单个实验中精确定位大脑多个区域功能的起源。这些初步成果标志着我们迈向制造顶尖OPM-MEG装置的重要一步。由于增加了以便于适应不同人头部的形状的灵活性、实现新颖的实验模式的移动限度、以及高质量的数据，这使神经科学实验进入了一个新的阶段成为可能。

诺丁汉大学的OPM-MEG集团由威康信托基金和英国工程与物理科学研究委员会资助。