Modular Arrays for High Precision Wearable MEG

يُعد الدماغ البشري مصدراً مستمراً لـ "همسات مغناطيسية" ضئيلة، وهي عبارة عن إشارات كهربائية تتدفق عبر العقل بينما نفكر ونشعر ونتحرك. لعقود من الزمن، حاول العلماء الاستماع إلى هذه الهمسات باستخدام تقنية تُسمى تخطيط مغناطيسية الدماغ، أو (MEG). تقليدياً، تطلب هذا الأمر آلة ضخمة وباهظة الثمن تُحفظ في درجات حرارة أبرد من الفضاء الخارجي، حيث يجب أن توضع المستشعرات بعيداً عن الرأس لتجنب التجمد. هذه المسافة تؤدي إلى تشويش الإشارة، كما أن الخوذة الصلبة والثقيلة تجبر الشخص على الجلوس ساكناً تماماً، مما يجعل من المستحيل دراسة كيفية عمل الدماغ أثناء مشي الشخص أو حديثه أو تفاعله مع العالم. لقد غير جيل جديد من المستشعرات، المعروفة باسم "المقاييس المغناطيسية الضخية بصرياً"، قواعد اللعبة من خلال السماح بإجراء القياسات مباشرة مقابل فروة الرأس، مما وفر تفاصيل أكثر حدة ووعداً بنظام محمول وقابل للارتداء. ومع ذلك، كان جعل هذه الأنظمة القابلة للارتداء تعمل بشكل جيد بمثابة لغز صعب، حيث غالباً ما يضطر الباحثون للاختيار بين البيانات عالية الجودة وبين حرية الحركة.

لفترة طويلة، كانت الطريقة الوحيدة للحصول على تسجيلات دقيقة ومتنقلة هي صنع خوذة مخصصة وصلبة لكل فرد، مصبوبة خصيصاً لتناسب شكل رأسه. وبينما كانت هذه الخوذات المخصصة، المعروفة باسم "قوالب الماسحات الضوئية"، تعمل بشكل جيد، إلا أنها كانت بطيئة ومكلفة الصنع، إذ تتطلب فحصاً طبياً منفصلاً قبل كل تجربة وتستغرق ساعات لنقل المستشعرات بين أشخاص مختلفين. هذا الاختناق جعل دراسة العديد من الأشخاص أو مراقبة السلوك الطبيعي أمراً غير عملي. وفي دراسة جديدة، عالج الباحثون هذه المشكلة من خلال تصميم غطاء مرن ونمطي يناسب أي حجم رأس دون الحاجة إلى قالب مخصص. لقد بنوا نظاماً تكون فيه المستشعرات مرتبة في غطاء يمكن تعديله وإعادة استخدامه، مما يلغي الحاجة إلى الخوذات المكلفة والمصنوعة لمرة واحدة مع الحفاظ على قرب المستشعرات من فروة الرأس.

وللتأكد مما إذا كان هذا التصميم الجديد يمكنه حقاً منافسة أفضل الأساليب الحالية، أجرى الفريق أولاً عمليات محاكاة حاسوبية لرسم خريطة توضح مدى جودة التقاط غطائهم لإشارات الدماغ مقارنة بترتيب مثالي ومثالي للمستشعرات وحلٍ تجاري متاح. أظهرت هذه المحاكاة أن تصميمهم النمطي يمكنه التقاط المجال المغناطيسي للدماغ بقوة ووضوح يطابق الإعداد المثالي ويتفوق على الخيارات التجارية الحالية. ولكن المحاكاة ليست سوى تنبؤ، لذا اختبر الباحثون النظام على خمسة أشخاص حقيقيين؛ حيث سجلوا نشاط الدماغ أثناء ارتداء المشاركين للغطاء، مما أثبت أن الجهاز يعمل في الواقع. كما شاركوا دليلاً كاملاً حول كيفية إعداد وتحليل البيانات من هذه التسجيلات، لضمان قدرة علماء آخرين على تكرار العملية.

تظهر النتائج أن نهج الغطاء الجديد هذا يزيل المقايضة المعتادة بين جودة الإشارة، والقدرة على الحركة، والعملية. ومن خلال استخدام تصميم مناسب لجميع أحجام الرؤوس، جعل الباحثون من الممكن الانتقال من الإعدادات المخصصة والبطيئة إلى نظام يمكنه التعامل مع العديد من المشاركين بسرعة، مما يقرب سرعة تصوير الدماغ من سرعة الفحوصات الطبية الشائعة الأخرى. هذا التقدم يعني أن مراقبة الدماغ عالية الدقة لم تعد محبوسة داخل آلة ثقيلة وثابتة أو مقتصرة على عدد قليل من المشاركين المحظوظين بخوذات مخصصة. بدلاً من ذلك، فإنه يفتح الباب لدراسة الدماغ بينما ينخرط الناس في سلوكيات يومية طبيعية، مما يوفر نافذة أوضح على كيفية عمل العقل في العالم الحقيقي.