聽覺穩(wěn)態(tài)反應(yīng)（ASSR）是由周期性重復(fù)的聽覺刺激在初級(jí)聽覺區(qū)域誘發(fā)的神經(jīng)節(jié)律性反應(yīng)。對(duì)于人類來講，在刺激頻率為聽覺神經(jīng)回路的共振頻率，即40Hz時(shí)，ASSR具備最大值，且40Hz ASSR的振幅和相位能夠反映抑制性γ-氨基丁酸能神經(jīng)元（GABAergic neuron）和興奮性谷氨酸能神經(jīng)元之間的平衡。目前，研究40Hz ASSR的方法有兩種，即事件相關(guān)譜擾動(dòng)（ERSP）方法和試次間相位一致性（ITPC）方法。ERSP是對(duì)功率變化的測(cè)量，與相位無關(guān)；而ITPC是對(duì)跨試驗(yàn)相位同步性的測(cè)量，也被稱為鎖相因子。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，在患有精神分裂癥、雙相情感障礙和自閉癥譜系障礙的個(gè)體中，40Hz ASSR的功率和相位同步性往往出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。
40Hz ASSR可以通過頭皮腦電圖（EEG）和腦磁圖（MEG）進(jìn)行無創(chuàng)測(cè)量，二者在測(cè)量神經(jīng)生理活動(dòng)時(shí)皆具有高時(shí)間分辨率。具體來看，EEG具有系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、成本效益高、傳感器布置靈活等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于在頭皮上附著電極需要較長(zhǎng)的前期準(zhǔn)備時(shí)間，同時(shí)顱骨存在電導(dǎo)率低且不均勻的問題，導(dǎo)致EEG的空間分辨率有限。與此相對(duì)，因?yàn)樯窠?jīng)磁場(chǎng)在穿過頭部組織時(shí)較少受到干擾，使得MEG具有較高的空間分辨率。傳統(tǒng)的MEG通過利用超導(dǎo)量子干涉器件（SQUID）來測(cè)量神經(jīng)元產(chǎn)生的磁場(chǎng)，而低溫SQUID傳感器通常需要在使用液氦制造的溫度為7K的環(huán)境中工作。為了保持低溫，需要使用堅(jiān)硬容器杜瓦瓶來存儲(chǔ)液氮，因而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，SQUID傳感器通常被固定在頭盔內(nèi)，且傳感器與頭皮之間至少有約為2厘米的距離。
近年來，研究人員已研制出了12.4mm × 16.6mm × 24.4mm的小尺寸光泵磁強(qiáng)計(jì)（OPM）并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。OPM傳感器可以在室溫下工作，并可以靈活地放置在靠近頭皮的地方，目前已應(yīng)用于神經(jīng)磁信號(hào)的檢測(cè)。過往基于OPM的MEG研究，主要涉及到與聽覺誘發(fā)場(chǎng)（AEF）、視覺處理、體感處理、運(yùn)動(dòng)處理和語言功能有關(guān)的各種大腦活動(dòng)的測(cè)量。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來自日本金澤大學(xué)（Kanazawa University）等機(jī)構(gòu)的研究人員開發(fā)了一個(gè)OPM-MEG系統(tǒng)，通過使用六個(gè)OPM傳感器來檢測(cè)來自顳葉的聽覺大腦反應(yīng)。研究人員對(duì)受試者進(jìn)行聽覺純音測(cè)試的同時(shí)對(duì)OPM-MEG信號(hào)進(jìn)行記錄，證實(shí)了OPM傳感器可以檢測(cè)到AEF。此外，研究人員以40Hz的頻率提供重復(fù)聽覺刺激，證明了OPM可以通過測(cè)算ERSP和ITPC可靠地檢測(cè)40Hz ASSR。
圖1 設(shè)置在磁屏蔽室的光泵磁強(qiáng)計(jì)（OPM）傳感器陣列和測(cè)量裝置
具體來看，研究人員首先向受試者發(fā)送純音脈沖，并測(cè)算AEF，以確認(rèn)所開發(fā)的OPM傳感器陣列可以檢測(cè)到大腦聽覺活動(dòng)。測(cè)試結(jié)果表明，可以觀測(cè)到由六個(gè)OPM傳感器檢測(cè)到的清晰AEF信號(hào)。圖2a展示了六個(gè)傳感器檢測(cè)到的22個(gè)受試者的總平均AEF分布，結(jié)果顯示，覆蓋頭皮T3點(diǎn)位的中心傳感器檢測(cè)到了最大強(qiáng)度的AEF。圖2b顯示了清晰的M50和M100磁反應(yīng)組分波，其中，M50組分波的出現(xiàn)時(shí)間約為43ms（42.91±6.12ms），而M100組分波的出現(xiàn)時(shí)間約為86ms（86.27±7.34ms）。圖2c給出了基線周期（以聽覺刺激開始時(shí)間為基準(zhǔn)，浮動(dòng)范圍為？110ms~?100ms）、M50組分波（40~50ms）和M100組分波（80~90ms）的拓?fù)鋱D模式。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，M50組分波和M100組分波的拓?fù)錁O性相反。
圖2 在聽覺純音測(cè)試時(shí)由光泵磁強(qiáng)計(jì)（OPM）傳感器記錄的聽覺誘發(fā)場(chǎng)（AEF）及其拓?fù)浞植?/p>
接著，研究人員以40Hz的頻率對(duì)受試者進(jìn)行持續(xù)時(shí)間為1s的聽覺音串刺激，以研究調(diào)制的聽覺皮層伽馬帶的活動(dòng)。然后，對(duì)事件相關(guān)場(chǎng)、時(shí)頻特征（TFR）和ITPC進(jìn)行測(cè)算來研究40Hz ASSR。
圖3 40Hz聽覺穩(wěn)態(tài)反應(yīng)期間的總平均波形和時(shí)頻特征（TFR）
此外，研究人員通過分析ITPC研究了40Hz ASSR的相位同步性。圖4顯示了每個(gè)OPM傳感器的ITPC結(jié)果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)各試驗(yàn)在40Hz有很強(qiáng)的相位鎖定。
圖4 40Hz ASSR試次間相位一致性（ITPC）結(jié)果
總體而言，在這項(xiàng)研究中，科研人員使用光泵磁強(qiáng)計(jì)（OPM）傳感器測(cè)量了健康受試者的AEF和40Hz ASSR。據(jù)相關(guān)研究表明，AEF的潛伏期和/或振幅與兒童發(fā)育和神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)。而40Hz ASSR具有較高的測(cè)試-再測(cè)試結(jié)果的可靠性，并被認(rèn)為是神經(jīng)生理障礙（如精神分裂癥、雙相情感障礙和自閉癥譜系障礙）的有用指標(biāo)，因此，40Hz ASSR可能是兒童發(fā)展和臨床研究的有效工具。因而，研究人員提出的基于OPM傳感器的40Hz ASSR研究將為未來兒童發(fā)展、臨床實(shí)踐和腦機(jī)接口的研究提供基礎(chǔ)。
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