Optische Bildgebung des Gehirns, “durchschauen” Sie Ihr Gehirn mit einem Gehirnlesehelm

Wir verwenden unser Gehirn jeden Tag zum Denken, aber das menschliche Gehirn ist komplex, subtil und mysteriös, daher wissen wir immer noch sehr wenig darüber. Aber die Entwicklung der Gehirnbildgebungstechnologie im Laufe der Jahre hat Wissenschaftlern, die untersuchen, wie das menschliche Gehirn funktioniert, neue Fortschritte gebracht.

Forscher von Kernel, einem Neurotechnologie-Startup in den USA, haben ein tragbares Gerät namens „Kernel Flow“ entwickelt. Dieses helmähnliche Gerät nutzt die TD-fNIRS-Technologie (Time Domain Functional Near Infrared Spectroscopy). Lokale Blutsauerstoffänderungen wurden aufgezeichnet, um sie zu messen Gehirnaktivität.

Die meisten nicht-invasiven Gehirnscansysteme verwenden die fNIRS-Technologie (Continuous Wave Near Infrared Spectroscopy), die Licht im Nahinfrarotspektrum verwendet, um Änderungen der Lichtabsorption durch Hämoglobin im im Gehirn zirkulierenden Blut zu messen. TD-fNIR gilt als Goldstandard für nicht-invasive optische Geräte zur Bildgebung des Gehirns und ist keine neue Technologie, aber Probleme wie hohe Kosten, Komplexität, große Größe und niedrige Abtastfrequenz schränken ihre Anwendung ein.

Kernel Flow besteht aus 52 Modulen, die in vier Regionen verteilt sind, die den frontalen, parietalen, temporalen und okzipitalen Kortex abdecken. Jedes Modul enthält einen Detektor und eine Laserquelle, die zwei verschiedene Wellenlängen von Laserlicht emittieren können, 690 nm und 850 nm, und das Gehirn durch die Kopfhaut erreichen.

Es gibt sechs Detektoren, die in einer sechseckigen Form um die Laserquelle herum angeordnet sind, und jeder Detektor ist 10 mm von der Lichtquelle entfernt. Der Detektor nimmt das reflektierte Licht auf, zeichnet die Ankunftszeit der Photonen auf und kann mehr als eine Milliarde Photonen pro Sekunde detektieren.

Der Detektor zeichnet die detektierten Photonenankunftszeiten als Histogramm mit einer Abtastrate von 200 Hz auf, bei einer Abtastfrequenz von 7,1 Hz für das gesamte System. Diese für hohe Photonenzählraten ausgelegten Detektoren sind für ToF-Messungen der diffusen optischen Tomographie mit Verarbeitungsgeschwindigkeiten von über 1 × 109/s optimiert.

In einem von Kernel durchgeführten neurowissenschaftlichen Test zeigten zwei teilnehmende Freiwillige während einer Fingertipp-Aufgabe signifikante hämodynamische Veränderungen in Kanälen im motorischen Kortex. Darüber hinaus identifizierte das TD-fNIR-System von Kernel Flow mithilfe eines High-Sampling-Kanals auf der Stirn eines der Freiwilligen Oszillationen im Herzschlag.

Zusätzlich zu diesen Tests plant Kernel, Flow zu verwenden, um mehrere Studien mit unterschiedlichen Zielen durchzuführen. Beispielsweise werden Gehirnbilder verwendet, um Emotionen, Nebenwirkungen von Psychedelika wie Ketamin und die Aufmerksamkeitsspanne zu verstehen.

Die Kernel-Forscher sagen jedoch, dass die Technologie derzeit bestimmte Einschränkungen hat, wie z. B. die Haarstruktur und der Hauttyp, die die Ergebnisse der Bildgebung des Gehirns beeinflussen können.

Aber das aktuelle Gerät, das nur 2,2 Kilogramm wiegt und mit kleinen Lasertreibern, kundenspezifischen integrierten Schaltkreisen und dedizierten Detektoren ausgestattet ist, verhält sich bereits wie ein Tischsystem. Auch wenn sich die Marktreife noch verbessern muss, wird es nicht mehr lange dauern, bis wir die Gehirnfunktion auf die gleiche Weise messen können wie die Herzfrequenz.

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