Le tecniche di neuroimaging potrebbero migliorare il trattamento dei neonati. / Brain imaging technique could improve treatment for infants

Le tecniche di neuroimaging potrebbero migliorare il trattamento dei neonati. / Brain imaging technique could improve treatment for infants

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

Gli scienziati stanno studiando una tecnica di imaging cerebrale più precisa che potrebbe migliorare le prospettive per i bambini e che funzionerà con sensori senza criogeni.

Il progetto quinquennale è condotto da scienziati dell'Università di Nottingham e dell'University College London (UCL).

La magnetoencefalografia (MEG) mappa l'attività cerebrale misurando i campi magnetici generati dalle correnti elettriche che si verificano naturalmente nel cervello. Un finanziamento di 1,6 milioni di sterline, nell'ambito del Collaborative Award in Science della Wellcome Trust, sta finanziando la costruzione di un nuovo tipo di scanner MEG che potrebbe quadruplicare la sensibilità dei dispositivi attuali.

Il dottor Matthew Brookes ed il professor Richard Bowtell , della Scuola di Fisica e Astronomia, stanno conducendo una ricerca a Nottingham, dove hanno progettato e costruito un prototipo di casco indossabile stampato in 3D e si trovano nelle prime fasi di sviluppo del nuovo sistema MEG.

Il dottor Brookes ha affermato: “La tecnologia quantistica ha permesso lo sviluppo di un nuovo tipo di sensore ottico in grado di rilevare i deboli campi magnetici provenienti dal cervello. A differenza della tecnologia attuale, questi nuovi sensori possono funzionare a temperatura ambiente, quindi possono essere posizionati direttamente sulla superficie del cuoio capelluto. I nostri calcoli dimostrano che avvicinando i sensori alla testa possiamo quadruplicare la sensibilità di rilevamento del campo. Questo rivoluzionerà il tipo di effetto che siamo in grado di rilevare nel cervello umano.”

Secondo l'Università di Nottingham, la maggior parte degli attuali sistemi MEG sono ingombranti e costruiti attorno ad un piccolo foro in cui la testa del partecipante viene delicatamente fissata, poiché i sensori, che devono essere mantenuti a -269 gradi, non possono essere spostati. Questo sistema statico e standardizzato limita i gruppi di soggetti che possono essere esaminati e le domande sperimentali che possono essere affrontate.

Il progetto è iniziato due anni fa con l'obiettivo di valutare il potenziale dei sensori quantistici nelle simulazioni computazionali. Successivamente, è stato acquistato un piccolo numero di sensori quantistici, utilizzati per dimostrare sperimentalmente che il previsto miglioramento della sensibilità poteva effettivamente realizzarsi. Sulla base di questi dati preliminari, il progetto ha ora ricevuto il finanziamento Wellcome per la costruzione di un sistema MEG multicanale completamente funzionante, basato su sensori quantistici, di cui 800.000 sterline sono destinate al contributo di Nottingham.

Mentre a Nottingham si sta lavorando allo sviluppo basato sulla fisica necessario per far funzionare lo scanner, gli esperti dell'UCL stanno conducendo una modellazione computazionale e teorica dettagliata del cervello per inquadrare le neuroscienze e stabilire quali quesiti neuroscientifici possono essere affrontati.

Il progetto di ricerca, intitolato "Portare la neuroimmagine funzionale nel mondo reale: un sistema MEG indossabile e senza criogeni", è guidato dal professor Gareth Barnes presso il Wellcome Trust Centre for Neuroimaging dell'UCL.

Ha dichiarato: “La realizzazione di questo sistema rappresenta una sfida enorme, ma estremamente stimolante, con il potenziale di rivoluzionare il campo della neuroimmagine. Le nostre simulazioni e gli esperimenti pilota hanno già dimostrato il potenziale unico dei nuovi sensori quantistici. Il nostro scanner verrà indossato sulla testa come un casco, il che significa che i soggetti potranno svolgere compiti muovendosi liberamente in un ambiente aperto e naturale.”

Si prevede che il nuovo scanner sarà particolarmente utile per i bambini. Il professor Richard Bowtell, direttore del Sir Peter Mansfield Imaging Centre di Nottingham, ha affermato che i sistemi MEG sono essenzialmente "taglia unica" e la sensibilità è limitata per i soggetti con teste più piccole, come i neonati, perché le loro teste sono più distanti dai rilevatori.

"I sensori quantistici a temperatura ambiente possono essere applicati direttamente sul cuoio capelluto di qualsiasi soggetto", ha affermato. "Questo ci consentirà di ottenere un aumento di sensibilità previsto di quattro volte per gli adulti, ma la sensibilità potrebbe potenzialmente aumentare fino a 15 o 20 volte per bambini o neonati."

ENGLISH

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 revolutionise 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 modelling 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 realisation of this system is a huge, but extremely exciting, challenge, with the potential to revolutionise 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.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/brain-imaging-technique-could-improve-treatment-for-infants?