Imaging ottico del cervello, “vedi attraverso” il tuo cervello con un casco per la lettura del cervello

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Usiamo il nostro cervello per pensare ogni giorno, ma il cervello umano è complesso, sottile e misterioso, quindi ne sappiamo ancora molto poco. Ma lo sviluppo della tecnologia di imaging cerebrale nel corso degli anni ha portato nuovi progressi agli scienziati che studiano come funziona il cervello umano.

I ricercatori di Kernel, una startup di neurotecnologie negli Stati Uniti, hanno sviluppato un dispositivo indossabile chiamato “Kernel Flow”. Questo dispositivo simile a un casco utilizza la tecnologia TD-fNIRS (Time Domain Functional Near Infrared Spectroscopy). Sono state registrate le variazioni locali di ossigeno nel sangue per misurare attività cerebrale.

0314KernelFlow 1 - Imaging ottico del cervello, “vedi attraverso” il tuo cervello con un casco per la lettura del cervello

▲ Immagine da: kernel

La maggior parte dei sistemi di scansione cerebrale non invasiva utilizza la tecnologia fNIRS (spettroscopia nel vicino infrarosso a onda continua), che utilizza la luce nello spettro del vicino infrarosso per misurare i cambiamenti nell’assorbimento della luce da parte dell’emoglobina nel sangue che circola nel cervello. TD-fNIR è considerato il gold standard per i dispositivi ottici di imaging cerebrale non invasivi e non è una nuova tecnologia, ma problemi come costi elevati, complessità, grandi dimensioni e bassa frequenza di campionamento ne limitano l’applicazione.

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▲ Immagine da: kernel

Kernel Flow è costituito da 52 moduli distribuiti in quattro regioni che coprono le cortecce frontale, parietale, temporale e occipitale. Ogni modulo contiene un rivelatore e una sorgente laser, che possono emettere due diverse lunghezze d’onda di luce laser, 690 nm e 850 nm, e raggiungere il cervello attraverso il cuoio capelluto.

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▲ Immagine da: kernel

Ci sono sei rivelatori disposti a forma esagonale intorno alla sorgente laser e ogni rivelatore si trova a 10 mm di distanza dalla sorgente luminosa. Il rivelatore capta la luce riflessa, registra il tempo di arrivo dei fotoni e può rilevare più di un miliardo di fotoni al secondo.

Il rivelatore registra i tempi di arrivo dei fotoni rilevati come istogramma a una frequenza di campionamento di 200 Hz, con una frequenza di campionamento di 7,1 Hz per l’intero sistema. Questi rivelatori, progettati per tassi di conteggio di fotoni elevati, sono ottimizzati per misurazioni ToF di tomografia ottica diffusa, con velocità di elaborazione superiori a 1 × 109/sec.

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▲ Immagine tratta da: SPIE.DIGITALLIBRARY

In un test di neuroscienza condotto da Kernel, due volontari che hanno partecipato hanno avuto cambiamenti emodinamici significativi nei canali della corteccia motoria durante un’attività di toccamento delle dita. Inoltre, il sistema TD-fNIR di Kernel Flow ha identificato le oscillazioni del battito cardiaco utilizzando un canale ad alto campionamento sulla fronte di uno dei volontari.

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▲Dati dei test dei volontari, foto da: SPIE.DIGITALLIBRARY

Oltre a questi test, Kernel prevede di utilizzare Flow per condurre diversi studi con obiettivi diversi. Ad esempio, le immagini del cervello vengono utilizzate per comprendere le emozioni, gli effetti collaterali di droghe psichedeliche come la ketamina e la capacità di attenzione.

Tuttavia, i ricercatori del kernel affermano che la tecnologia ha attualmente alcune limitazioni, come la struttura dei capelli e il tipo di pelle, che possono influenzare i risultati dell’imaging cerebrale.

0314KernelFlow 6 - Imaging ottico del cervello, “vedi attraverso” il tuo cervello con un casco per la lettura del cervello

▲ Immagine da: Twitter

Ma il dispositivo attuale, che pesa solo 2,2 chilogrammi ed è costruito con piccoli driver laser, circuiti integrati personalizzati e rilevatori dedicati, funziona già come un sistema da banco. Sebbene la fattibilità commerciale debba ancora essere sviluppata, potrebbe non passare molto tempo prima che possiamo misurare la funzione cerebrale nello stesso modo in cui misuriamo la frequenza cardiaca.

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