磁腦電圖（MEG）是一種功能強大的神經成像技術，可提供有關腦電生理學的非侵入性窗口。傳統的MEG系統基于低溫傳感器，它可以檢測由神經元組件中的同步電流產生的顱外小磁場，但是這種系統有基本的局限性。近年來，一種名為“光泵磁力儀”(OPMs)的量子設備有望解除這些限制，提供一種適應性強、可運動強健的、數據質量更好、成本更低的磁圖儀。

全球首款基于Quspin傳感器的50通道腦磁圖記錄儀陣列，在諾丁漢大學的彼得·曼斯菲爾德爵士影像中心已經投入運營。該系統使用安裝在頭皮上（使用類似EEG的柔性帽）的Gen-2 QZFM來測量由流過神經元組件的電流產生的磁場。通過這種方式，它可以直接和非侵入性地推斷人腦電生理學。該系統放置在專用的磁屏蔽室【如需磁屏蔽室可聯系昊量光電工程師】，這樣可以減少環境電磁干擾，并限制靜電（地球）場。這種精確的磁場控制，加上輕便的安裝在頭皮上的傳感器和帽子，使MEG測量成為可能，即使受試者在測量過程中移動(Boto et al, Nature, 2018)。

FIG1：顯示了安裝在志愿者頭上的Quspin零場磁力計陣列圖像

作為第一次演示該50通道的腦磁設備，我們采用了一個視覺眼肌運動的任務。研究人員向受試者展示了一個由同心圓組成的視覺刺激圖形(稱為圓形光柵)。當視覺刺激圖像在屏幕的同時，受試者被要求移動他們的手指。共計進行100次試驗，每次試驗持續7s，屏幕上光柵顯示的時間為2.5到3s。在OPM-MEG數據采集之后，使用一種新開發的光學掃描技術測量了傳感器在頭皮上的位置和方向。對OPM放置的準確了解允許使用波束形成器進行數據建模，以精確確定大腦中任何可測量的神經磁作用起源。

圖2顯示了這些實驗的結果。左側面板顯示通過光學掃描確定的OPM在頭皮上的位置。中間和右側面板分別顯示了被測大腦在視覺皮層和運動皮層中功能。我們能夠測量高精度的MEG數據，該數據表明呈現的視覺刺激引起了初級視覺皮層55-70 Hz“伽馬”振蕩的增加。同時，手指運動導致運動過程中β振蕩的下降，緊隨刺激后，運動后的運動量增加至基線以上（稱為β反彈）。該β振蕩反應被證明為很好地定位于初級感覺運動皮層。

FIG2：為50通道設備的實驗結果。左面板：數字化的OPM在頭皮表面的位置。中央面板：視覺刺激引起的55-70 Hz“伽馬”振蕩。右上方的圖顯示了一個時間頻率頻譜圖，其中X軸為時間，Y軸為神經振蕩的頻率。黃色顯示神經振蕩增加，而藍色顯示減少。注意高頻活動。在大腦圖像中，突出顯示的區域表明該伽瑪活動很好地映射到初級視覺皮層。右面板：等效時間頻率頻譜圖和用于β調制的功能圖像。請注意，在任務執行過程中，α（8-13 Hz）和β（13-30 Hz）振蕩幅度的損失均與手指移動有關。圖像顯示，β調制位于初級運動皮層。

這些實驗是首次運用大型QuSpin磁力計陣列。結果表明，我們可以通過較高的傳感器數量獲得高保真度的神經影像數據。將傳感器陣列與磁屏蔽和新穎的線圈設計相結合，意味著受試者可以在數據采集過程中移動。此外，使用光學掃描可以確定傳感器位置，從而準確確定腦功能起源的位置，在這種情況下，可以在單個實驗中定位到多個腦區域。這些初步結果是邁向全頭OPM-MEG設備的重要一步。隨著適應于任何頭部形狀的靈活性的提高，實現新穎實驗范式的運動容差以及極高質量的數據，這為神經科學實驗提供了一個新的臺階。

審核編輯：符乾江