Nuevo casco con pequeños sensores podría realizar escaneos cerebrales de personas en movimiento
Actualizado el 22 Dec 2023
Los investigadores han creado un casco pionero equipado con sensores en miniatura del tamaño de un LEGO capaz de escanear el cerebro mientras una persona está en movimiento. Este innovador desarrollo, liderado por la Universidad de Nottingham (Nottingham, Reino Unido), marca un salto significativo en la tecnología de escaneo cerebral. Anteriormente, capturar con precisión los campos magnéticos generados por la actividad cerebral sólo era posible cuando una persona permanecía estacionaria. Este nuevo casco liviano allana el camino para realizar escaneos cerebrales más fáciles en niños pequeños y en aquellos con trastornos neurológicos a quienes les puede resultar difícil permanecer quietos en los escáneres tradicionales. Es adaptable a varios tamaños y formas de cabeza, lo que abre nuevas vías para comprender el desarrollo del cerebro y los cambios que ocurren en condiciones neurológicas como el autismo, la epilepsia, los accidentes cerebrovasculares, las conmociones cerebrales y la enfermedad de Parkinson.
Cuando las neuronas del cerebro interactúan, producen una pequeña corriente eléctrica que genera un campo magnético. Este campo es detectable y registrable mediante un proceso conocido como magnetoencefalografía (MEG). La tecnología MEG es capaz de capturar señales cerebrales tanto normales como anormales con una precisión de milisegundos, y sus resultados pueden superponerse a una imagen anatómica del cerebro para identificar los orígenes de actividades cerebrales específicas. Los sistemas MEG tradicionales, que se asemejan a los secadores de pelo antiguos, requieren que la cabeza del sujeto permanezca quieta y tienen sensores que deben enfriarse a temperaturas bajo cero, evitando el contacto directo con el cuero cabelludo.
El equipo de investigación de Nottingham utilizó magnetómetros bombeados ópticamente (OPM) avanzados para su casco, que funcionan a temperatura ambiente y pueden colocarse cerca de la cabeza, mejorando significativamente la calidad de los datos. El diseño flexible de los sensores permite el movimiento durante el escaneo, abordando una limitación importante de los sistemas MEG convencionales. Sin embargo, los OPM requieren un entorno libre de “ruido” magnético de fondo para garantizar registros de alta calidad. Para abordar esto, el equipo ideó un sistema de blindaje magnético capaz de negar o compensar estos campos magnéticos perturbadores.
Construyeron un sistema con bobinas electromagnéticas, dispuestas en dos paneles alrededor del participante, para protegerlo del ruido de fondo. Investigaciones anteriores utilizaron ocho bobinas grandes que limitaban el movimiento de la cabeza debido a su posición fija. El equipo de Nottingham innovó un sistema de bobina matriz con 48 bobinas más pequeñas en dos paneles, lo que permite un control individual y una recalibración continua para contrarrestar las fluctuaciones del campo magnético causadas por el movimiento del sensor. Esta configuración garantiza el registro de datos MEG de alta calidad en cualquier posición, lo que hace que los escaneos OPM-MEG sean más cómodos y adaptables para que las personas se muevan.
La eficacia de este nuevo sistema de bobina matriz se validó mediante cuatro experimentos. Inicialmente, confirmaron que el casco, cuando estaba estacionario y colocado dentro de los paneles de la bobina, reducía efectivamente los campos magnéticos de fondo. Una prueba posterior con un participante sano que usaba el casco demostró un registro exitoso de la función cerebral durante el movimiento de la cabeza, con las bobinas cancelando efectivamente los campos magnéticos. Otro experimento involucró una bobina de alambre unida al casco, que imitó la actividad de las células cerebrales y confirmó la capacidad del sistema para compensar los cambios relacionados con el movimiento. Finalmente, un segundo participante que usaba el casco ilustró la capacidad del sistema para producir registros de la actividad cerebral de alta calidad mientras caminaba.
"El movimiento sin restricciones durante una exploración abre una gran cantidad de posibilidades para la investigación clínica y permite una gama fundamentalmente nueva de experimentos neurocientíficos", dijo Niall Holmes, Ph.D., investigador de Mansfield en la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Nottingham, quien dirigió la investigación.
"Al aprovechar la reciente tecnología OPM-MEG y diseñar un nuevo sistema de protección magnética, este casco representa un nuevo enfoque de magnetoencefalografía que podría ayudar a revelar más sobre cómo funciona el cerebro", dijo Shumin Wang, Ph.D., director del programa en la División de Ciencia y Tecnología Aplicadas del NIBIB (Bioimagen).
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Universidad de Nottingham
