2018年9月,罗切斯特大学医疗中心的神经科学家们开始使用一种世界前沿研究平台——MoBI系统(全称Mobile Brain/Body Imaging system)——来帮助研究治疗自闭症、阿兹海默症及外伤性脑损伤。
MoBI系统结合了虚拟现实、大脑监测技术以及受好莱坞启发的运动捕捉技术。它能有效帮助神经科学家研究人类脑神经失调带来的身体运动协调困难,以及为什么我们的大脑在同时进行多任务时会产生挣扎。
原理解析
目前MoBI平台被安置在德尔蒙特学院认知神经生理学实验室,集合了几种高科技系统,其中之一便是电影工作室制作CGI特效(Computer Graphics Interface)时常用的运动捕捉技术。实验参与者需身穿附着反射式标记点的黑色运动捕捉服,并在一间安装有16台亚毫米精度的OptiTrack高速运动捕捉摄像机的房间中完成“在跑步机上走路”和“物体操作”的动作。运动捕捉服装上的反射式标记点随参与者的运动而不断变换空间位置,并可实时将实验室内16台OptiTrack摄像机发出的红外光反射回至所有摄像机,摄像机接收到每个标记点的空间坐标数据后,将数据实时传输到软件中进行解算,形成刚体,并可将6DoF信息实时传输,驱动研究人员电脑端的3D虚拟模型。
实验参与者在走动过程中,他们面前的屏幕上会投射出沉浸式可互动虚拟场景(如城市街景),需要参与者带路前行。他们也可以被要求执行任务,做出决策并回应屏幕上的内容。实验进行时,通过使用高密度EEG(Electroencephalogram:脑动电流图)——参与者头戴金属电极帽,电极帽上的小金属片紧贴头皮——科研人员可实时监测参与者脑电活动。
当运动捕捉数据与EEG监测实时同步,科研人员就可以在实验参与者走路和执行任务时观察其大脑哪些区域被激活,并研究其在移动、执行任务以及同时进行以上两种动作时,大脑如何给予反馈。由于自闭症病人的大脑常常在处理来自多个源头的感官信息时有困难(有些自闭症个例还会有步态反常的表现),因此在病人表现出反常行为时,MoBI就能够将其大脑的情况即时准确反馈给科研人员,给神经科学研究带来新的观察视角。此外,阿兹海默症、失智症、运动脑震荡病人也常常经历肢体移动困难的情况,因此MoBI也适合研究以上这些神经类病症。
当前科研人员正使用MoBI系统记录健康实验参与者的数据,以建立一组正常人的脑电波数据库。获得正常人类脑活动电波标准数据后,科研人员即可将其与神经障碍患者的脑电波进行对比,给神经障碍疾病症状赋予新的医学定义,并获得未来临床研究的标准参照。
