走路和说话是由大脑功能变化支撑的，同时也影响自闭症等神经发育疾病的出现。该研究利用可穿戴大脑扫描仪捕捉大脑的电活动，为儿童大脑的发展提供了前所未有的洞见。这一突破具有监测不断变化的大脑功能与重大发育成就之间相关性的潜力，如运动技能和语言习得。此外，这也揭示了自闭症等神经发育障碍的发作过程。走路和说话的过程受到大脑功能变化的影响，并在自闭症等神经发育疾病的发展中起着作用。由诺丁汉大学物理与天文学系的科学家领导的研究团队，利用一种独特的磁脑电图（MEG）扫描仪分析了年仅两岁的儿童的大脑电生理学。研究的结果已发表在eLife期刊上。大脑细胞通过产生电流来运作和交流，这产生的微小磁场可以在头部外部被检测到。研究人员使用其创新系统来测量这些。
该大脑扫描仪使用量子技术和名为光学泵浦磁强计（OPMs）的乐高砖大小的传感器，这些传感器集成在轻便的头盔中。这使得能够测量大脑活动场和创建高保真图像，显示在任务执行过程中大脑的哪些部分被激活，按毫秒为单位。该系统可以根据不同年龄段进行定制，从幼儿到成人，并允许在佩戴扫描仪的情况下移动，从而提高数据质量。
研究共涉及27名儿童（2-13岁）和26名成年人（21-34岁），重点研究了我们的大脑如何使用“神经振荡”或脑波进行沟通。这些脑波帮助大脑的不同部分协同工作，研究人员想了解这一过程在我们成长过程中如何变化。他们还研究了我们的脑如何利用短时的电生理活动来阻止大脑区域网络的协同工作。研究人员使用一种专用的MRI扫描仪，这种扫描仪对那些在常规MRI扫描仪中难以保持静止的儿童特别有效。
最近，穿戴技术的进步使得能够监测年轻儿童的大脑活动。这项技术由诺丁汉大学物理与天文学系的卢卡斯·里尔博士和娜塔莉·罗德斯博士领衔开发。根据里尔博士的说法，这一可穿戴系统为研究和理解儿童大脑提供了新的机会，年龄可以比以前使用MEG所能检测到的还要小。监测年轻参与者的大脑活动对于神经科学研究至关重要，因为许多重要的发育里程碑发生在生命的头几年，甚至几个月内。这项技术能够测量支持这些发展里程碑的大脑活动。
“这将为对大脑功能的新理解提供一个新的视角。”
该研究获得了工程与物理科学研究委员会（EPSRC）的资助，并涉及来自加拿大多伦多儿童医院的学术合作者，以及来自美国的原子设备公司QuSpin和诺丁汉的公司Cerca Magnetics Limited的行业合作伙伴。
罗德斯博士曾是诺丁汉大学的物理本科生，也是进行该研究时的研究生。她现已转到多伦多的博士后职位，她解释道：“这项研究是首次使用可穿戴MEG技术，提供了关于儿童典型发展与非典型发展神经基础的深入研究平台。”
著名神经科学家、论文共同作者玛戈特·泰勒博士在多伦多领导自闭症研究。她表示：“我们的重点是研究有自闭症和没有自闭症的年轻儿童的大脑功能。这项研究首次表明我们可以从非常早的年龄监测大脑的发展。这为潜在的临床研究及相关工作应用带来了极大的希望。”
Cerca Magnetics是诺丁汉大学的衍生公司，成立于2020年，旨在商业化OPM-MEG扫描仪及相关技术。这一可穿戴系统已被全球多家知名研究机构采用，包括多伦多的SickKids医院。两家机构的研究人员正在合作收集有关典型和非典型大脑功能的更多神经发育数据。这些信息将有助于改善我们对自闭症发展过程的理解。
