聽覺穩(wěn)態(tài)反應（ASSR）是由周期性重復的聽覺刺激在初級聽覺區(qū)域誘發(fā)的神經(jīng)節(jié)律性反應。對于人類來講，在刺激頻率為聽覺神經(jīng)回路的共振頻率，即40Hz時，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，即事件相關譜擾動（ERSP）方法和試次間相位一致性（ITPC）方法。ERSP是對功率變化的測量，與相位無關；而ITPC是對跨試驗相位同步性的測量，也被稱為鎖相因子。據(jù)相關研究報道，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）進行無創(chuàng)測量，二者在測量神經(jīng)生理活動時皆具有高時間分辨率。具體來看，EEG具有系統(tǒng)相對簡單、成本效益高、傳感器布置靈活等優(yōu)點。然而，由于在頭皮上附著電極需要較長的前期準備時間，同時顱骨存在電導率低且不均勻的問題，導致EEG的空間分辨率有限。與此相對，因為神經(jīng)磁場在穿過頭部組織時較少受到干擾，使得MEG具有較高的空間分辨率。傳統(tǒng)的MEG通過利用超導量子干涉器件（SQUID）來測量神經(jīng)元產(chǎn)生的磁場，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，需要使用堅硬容器杜瓦瓶來存儲液氮，因而在實際應用時，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的小尺寸光泵磁強計（OPM）并實現(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，目前已應用于神經(jīng)磁信號的檢測。過往基于OPM的MEG研究，主要涉及到與聽覺誘發(fā)場（AEF）、視覺處理、體感處理、運動處理和語言功能有關的各種大腦活動的測量。
據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，來自日本金澤大學（Kanazawa University）等機構的研究人員開發(fā)了一個OPM-MEG系統(tǒng)，通過使用六個OPM傳感器來檢測來自顳葉的聽覺大腦反應。研究人員對受試者進行聽覺純音測試的同時對OPM-MEG信號進行記錄，證實了OPM傳感器可以檢測到AEF。此外，研究人員以40Hz的頻率提供重復聽覺刺激，證明了OPM可以通過測算ERSP和ITPC可靠地檢測40Hz ASSR。
圖1 設置在磁屏蔽室的光泵磁強計（OPM）傳感器陣列和測量裝置
具體來看，研究人員首先向受試者發(fā)送純音脈沖，并測算AEF，以確認所開發(fā)的OPM傳感器陣列可以檢測到大腦聽覺活動。測試結果表明，可以觀測到由六個OPM傳感器檢測到的清晰AEF信號。圖2a展示了六個傳感器檢測到的22個受試者的總平均AEF分布，結果顯示，覆蓋頭皮T3點位的中心傳感器檢測到了最大強度的AEF。圖2b顯示了清晰的M50和M100磁反應組分波，其中，M50組分波的出現(xiàn)時間約為43ms（42.91±6.12ms），而M100組分波的出現(xiàn)時間約為86ms（86.27±7.34ms）。圖2c給出了基線周期（以聽覺刺激開始時間為基準，浮動范圍為？110ms~?100ms）、M50組分波（40~50ms）和M100組分波（80~90ms）的拓撲圖模式。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，M50組分波和M100組分波的拓撲極性相反。
圖2 在聽覺純音測試時由光泵磁強計（OPM）傳感器記錄的聽覺誘發(fā)場（AEF）及其拓撲分布
接著，研究人員以40Hz的頻率對受試者進行持續(xù)時間為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。然后，對事件相關場、時頻特征（TFR）和ITPC進行測算來研究40Hz ASSR。
圖3 40Hz聽覺穩(wěn)態(tài)反應期間的總平均波形和時頻特征（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OPM傳感器的ITPC結果。結果發(fā)現(xiàn)各試驗在40Hz有很強的相位鎖定。
圖4 40Hz ASSR試次間相位一致性（ITPC）結果
總體而言，在這項研究中，科研人員使用光泵磁強計（OPM）傳感器測量了健康受試者的AEF和40Hz ASSR。據(jù)相關研究表明，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。而40Hz ASSR具有較高的測試-再測試結果的可靠性，并被認為是神經(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，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、臨床實踐和腦機接口的研究提供基礎。
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