I sensori dei segnali cerebrali potenziano il rilevamento di lesioni e malattie / Brain signals sensor boost for detecting injury and disease

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa 

Gli scienziati hanno sviluppato un sensore per misurare i deboli segnali magnetici cerebrali, un progresso che potrebbe potenzialmente rilevare segni di lesioni cerebrali, demenza e schizofrenia. 

I segnali magnetici nel cervello, misurati tramite magnetoencefalografia (MEG), sono più facili da localizzare rispetto ai segnali elettrici misurati tramite EEG, quindi è probabile che siano più utili per tecniche diagnostiche più precoci ed accurate.

La fisica Dott.ssa Anna Kowalczyk ha guidato un gruppo di scienziati del gruppo di Gas Quantistici della Facoltà di Fisica e Astronomia dell'Università di Birmingham e del gruppo di Oscillazione Neuronale della Facoltà di Psicologia, che hanno progettato un nuovo sensore Magnetometro a Pompaggio Ottico (OPM). Questi sensori sono utilizzati nei laboratori MEG e sfruttano la luce polarizzata per rilevare i cambiamenti nell'orientamento dello spin degli atomi quando vengono esposti ad un campo magnetico.

Secondo l'Università, il nuovo sensore è più affidabile nel rilevare i segnali cerebrali e nel distinguerli dal rumore magnetico di fondo rispetto ai sensori disponibili in commercio. Il gruppod ha anche ridotto le dimensioni del sensore rimuovendo il laser dalla testina ed apportato ulteriori modifiche per ridurre il numero di componenti elettronici.

I test di benchmarking sono stati condotti presso le strutture del Centre for Human Brain Health dell'Università di Birmingham ed, a quanto pare, hanno mostrato buone prestazioni in condizioni ambientali in cui altri sensori non funzionano. Nello specifico, i ricercatori hanno dimostrato che il nuovo sensore rileva i segnali cerebrali in presenza di rumore magnetico di fondo, aumentando la possibilità di eseguire test MEG al di fuori di un reparto specializzato od in un reparto ospedaliero.

In una dichiarazione, il Dott. Kowalczyk ha affermato: "I sensori MEG esistenti devono essere ad una temperatura costante e bassa, e questo richiede un ingombrante sistema di raffreddamento ad elio, il che significa che devono essere disposti in un casco rigido che non si adatta a tutte le dimensioni e forme di testa. Richiedono anche un ambiente privo di campo magnetico per captare i segnali cerebrali. I test hanno dimostrato che il nostro sensore autonomo non richiede queste condizioni. Le sue prestazioni superano quelle dei sensori esistenti e può distinguere tra campi magnetici di fondo ed attività cerebrale".

I ricercatori prevedono che questi sensori più robusti estenderanno l'uso della MEG per la diagnosi ed il trattamento e stanno collaborando con altri istituti dell'Università per determinare quali aree terapeutiche trarranno maggiori benefici da questo nuovo approccio.

Il neuroscienziato Professor Ole Jensen, co-direttore del Centre for Human Brain Health, ha commentato: "Sappiamo che la diagnosi precoce migliora i risultati e questa tecnologia potrebbe fornire la sensibilità necessaria per rilevare i primi cambiamenti nell'attività cerebrale in condizioni come schizofrenia, demenza ed ADHD. Ha anche una rilevanza clinica immediata e stiamo già collaborando con i medici del Queen Elizabeth Hospital per studiarne l'utilizzo nell'individuazione precisa della sede dei traumi cranici".

Il lavoro del gruppo è stato pubblicato su Neuroimage ed è stata depositata una domanda di brevetto che riguarda la progettazione del nuovo sensore ed il suo utilizzo nelle apparecchiature diagnostiche mediche.

ENGLISH

Scientists have developed a sensor to measure weak magnetic brain signals, an advance with the potential to detect signs of brain injury, dementia and schizophrenia. 

Magnetic signals in the brain, which are measured by magnetoencephalography (MEG), are easier to localise than electrical signals measured by EEG, so they are likely to have greater utility for earlier and more accurate diagnostic techniques.

Physicist Dr Anna Kowalczyk led a team of scientists from the Quantum Gases group at Birmingham University’s School of Physics and Astronomy and the Neuronal Oscillation group at the School of Pyschology who designed a new Optically Pumped Magnetometer (OPM) sensor.  These sensors are used in MEG laboratories and utilise polarised light to detect changes in the orientation of the spin of atoms when they are exposed to a magnetic field.

According to the University, the new sensor is more robust in detecting the brain signals and distinguishing them from background magnetic noise compared to commercially available sensors. The team also reduced the sensor size by removing the laser from the sensor head and made further adjustments to decrease the number of electronic components.

Benchmarking tests took place in facilities at Birmingham University’s Centre for Human Brain Health, and reportedly showed good performance in environmental conditions where other sensors do not work. Specifically, the researchers showed that the new sensor detects brain signals against background magnetic noise, raising the possibility of MEG testing outside a specialised unit or in a hospital ward.

In a statement, Dr Kowalczyk said:  “Existing MEG sensors need to be at a constant, cool temperature and this requires a bulky helium-cooling system, which means they have to be arranged in a rigid helmet that will not fit every head size and shape.  They also require a zero-magnetic field environment to pick up the brain signals.  The testing demonstrated that our stand-alone sensor does not require these conditions.  Its performance surpasses existing sensors, and it can discriminate between background magnetic fields and brain activity.”

The researchers expect these more robust sensors will extend the use of MEG for diagnosis and treatment, and they are working with other institutes at the University to determine which therapeutic areas will benefit most from this new approach.

Neuroscientist Professor Ole Jensen, who is co-director of the Centre for Human Brain Health commented:  “We know that early diagnosis improves outcomes and this technology could provide the sensitivity to detect the earliest changes in brain activity in conditions like schizophrenia, dementia and ADHD.  It also has immediate clinical relevance, and we are already working with clinicians at the Queen Elizabeth hospital to investigate its use in pinpointing the site of traumatic brain injuries.”

The team’s work is published in Neuroimage, and a patent application has been filed that covers the design of the new sensor and its use in medical diagnostic equipment.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/brain-signals-sensor-boost-for-detecting-injury-and-disease?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic