基于灵活电路的3D意识模块化光学脑成像系统,用于在自然环境中进行高密度测量

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 光学成像技术的成像

背景情况:

• 功能近红外光谱 (fNIRS) 为在自然环境中研究大脑活动提供了一个有前途的途径.
• 然而,在动态的日常环境中实现可靠的fNIRS测量存在重大技术挑战.
• 现有的系统往往难以保持一致的optode-to-scalp接触,并准确地跟踪探头定位.

研究的目的:

• 引入模块化光学脑成像 (MOBI) 系统,旨在克服目前fNIRS技术的局限性.
• 该MOBI系统旨在改进optode-to-scalp合,并实现实时3D探头形状估计.
• 这有助于在日常活动中更强大的大脑活动监测.

主要方法:

• MOBI系统采用灵活的模块化电路板设计,以提高探头的符合性和用户舒适性.
• 集成的定向传感器和自动模块识别可方便实时3D光极位置估计.
• 系统的光学性能得到了表征,其3D定位精度通过幻影和体内测试得到了验证.

主要成果:

• MOBI探测器在735nm和850nm分别显示了8.9和7.3μW的噪声等效功率 (NEP),其动态范围为88dB.
• 幻影测试显示,25个光极的平均3D光极定位误差为4.2毫米.
• 最初的体内验证,包括袖口封闭和手指敲击任务,证明了该系统的可行性.

结论:

• MOBI系统是第一个具有完全灵活电路板的模块化fNIRS系统.
• 它的自组织传感器网络,自动3D定位,轻量级模块和人体工程学设计在自然环境中显著推进了大脑功能探索.
• 这项技术有望加速对现实世界行为中大脑活动的研究.