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Aug 18, 2023

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Científicos e ingenieros reciben una subvención para el desarrollo de pequeñas empresas de Tamara Bhandari • 25 de mayo de 2023 La tecnología portátil de imágenes cerebrales tiene como objetivo revelar cómo funciona el cerebro en situaciones naturales y realistas.

Científicos e ingenieros reciben una subvención para el desarrollo de pequeñas empresas

por Tamara Bhandari•25 de mayo de 2023

La tecnología portátil de imágenes cerebrales tiene como objetivo revelar cómo funciona el cerebro en situaciones naturales y realistas. Los profesores de la Universidad de Washington en St. Louis (de izquierda a derecha) Joseph P. Culver, PhD (sosteniendo una pieza de un prototipo de dispositivo de imágenes), Jason Trobaugh, PhD, Ed Richter y Adam Eggebrecht, PhD (no en la foto) recibieron una subvención de los NIH para desarrollar y comercializar una gorra de imágenes cerebrales que utiliza luz LED para medir la actividad cerebral.

Descubrir lo que sucede dentro de la cabeza de las personas normalmente requiere equipos enormes y costosos y voluntarios dispuestos a pasar horas realizando tareas repetitivas mientras están acostados dentro de un estrecho tubo de metal. Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis están trabajando en una alternativa. Están desarrollando una gorra que se puede usar mientras se mueve normalmente y que generará, utilizando el poder de la luz, imágenes de alta resolución del cerebro en acción. El proyecto cuenta con el apoyo de una subvención de transferencia de tecnología para pequeñas empresas de los Institutos Nacionales de Salud (NIH).

"La resonancia magnética funcional (fMRI) es el estándar de oro para obtener imágenes de la función cerebral, pero la fMRI es muy ruidosa y muy restrictiva, y eso limita lo que se puede hacer", dijo Joseph P. Culver, PhD, profesor de Radiología Sherwood Moore en el Instituto de Radiología Mallinckrodt (MIR) de la Facultad de Medicina y el principal inventor de la tecnología. "La tecnología portátil de imágenes cerebrales nos permitiría estudiar cómo las áreas del cerebro trabajan juntas para resolver tareas específicas y gobernar el comportamiento en condiciones naturalistas".

Culver comenzó a diseñar el primer instrumento de tomografía óptica difusa (HD-DOT) para obtener imágenes del cerebro en 2005. La técnica utiliza fuentes LED que emiten luz infrarroja desde fuera de la cabeza, junto con detectores que miden la luz que sale. Las señales recopiladas por cada par de fuente-detector contienen información sobre el flujo sanguíneo cerebral local. Al colocar muchas fuentes y detectores en una matriz entrelazada de alta densidad alrededor de la cabeza, los investigadores pueden mapear la dinámica sanguínea (un indicador de la actividad cerebral) en todo el cerebro. Recientemente, Culver y sus colegas demostraron que podían usar una gorra HD-DOT para detectar señales cerebrales y luego decodificarlas para descubrir lo que ve una persona.

Las subvenciones para transferencia de tecnología para pequeñas empresas están diseñadas para ayudar a las pequeñas empresas a llevar innovaciones académicas al mercado en colaboración con instituciones de investigación. Esta subvención fue otorgada a EsperImage, una startup de la Universidad de Washington fundada por Culver junto con Adam Eggebrecht, PhD, profesor asociado de radiología en MIR, y Jason Trobaugh, DSc, y Ed Richter, ambos profesores de práctica en ingeniería eléctrica y de sistemas en McKelvey. Escuela de Ingeniería. Los cuatro han trabajado juntos en la tecnología HD-DOT durante más de una década.

Los investigadores conciben el gorro como una herramienta de investigación para los neurocientíficos cognitivos. Estos científicos estudian cómo la actividad cerebral, medida por sistemas de neuroimagen, se relaciona con el complejo funcionamiento cognitivo de la mente. Por ejemplo, los científicos podrían utilizar un gorro de este tipo para obtener imágenes del cerebro de los niños mientras hablan e interactúan libremente con sus cuidadores. Esto nos ayudaría a aprender más sobre cómo se desarrollan las redes del lenguaje en el cerebro y cómo contribuyen a la adquisición normal o anormal del lenguaje.

Los dispositivos HD-DOT de primera generación pesan cientos de libras. Un participante se sentó en una silla fija y usó unos auriculares conectados a un banco de dispositivos electrónicos del tamaño de una cómoda. El prototipo actual pesa 8 libras, más una fuente de energía que cabe dentro de una mochila. El objetivo es reducir la gorra a 4 libras, que es aproximadamente el peso de un casco de fútbol americano.

El diseño de trabajo requiere una tapa con 288 sensores ópticos conocidos como optodos, en forma de pequeñas cajas de color cobre del tamaño del pulgar de un adulto. Cada optodo contiene una fuente de luz, un detector y ocho pequeñas placas de circuito que funcionan juntas como una minúscula computadora. En total, 72 minicomputadoras están conectadas a una red digital a través del casco, y sus datos colectivos se transmiten mediante Wi-Fi a una computadora central que adquiere, analiza y muestra los datos.

“Probablemente tomó cinco meses construir el límite que tenemos ahora”, dijo Trobaugh, cofundador y director ejecutivo de EsperImage. “El desafío ahora es tomar el prototipo de laboratorio y convertirlo en un sistema comercial que pueda producirse y difundirse en masa.

"Este es en gran medida un esfuerzo de equipo que no sería posible sin nuestros cuatro orígenes conectados pero diferentes", continuó. “Las imágenes cerebrales HD-DOT fueron idea original de Joe, y Adam ha ayudado a desarrollar y ampliar las capacidades de la tecnología, particularmente hacia las imágenes pediátricas. Ed aporta experiencia en ingeniería eléctrica e informática, diseño mixto de hardware y software analógico/digital que le ha permitido rediseñar este sistema y construirlo de nuevas maneras. Mi experiencia es en ciencias de imágenes computacionales y procesamiento de señales. Se necesitan todas nuestras diversas habilidades y experiencia para hacer que este límite sea una realidad”.

Acerca de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington

WashU Medicine es un líder mundial en medicina académica, que incluye investigación biomédica, atención al paciente y programas educativos con 2800 profesores. Su cartera de financiación de investigación de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) es la tercera más grande entre las facultades de medicina de EE. UU., ha crecido un 52 % en los últimos seis años y, junto con la inversión institucional, WashU Medicine compromete más de mil millones de dólares anuales para investigación básica y clínica. innovación y formación. Su práctica docente se encuentra constantemente entre las cinco primeras del país, con más de 1.800 médicos docentes ejerciendo en 65 ubicaciones y que también forman parte del personal médico de los hospitales Barnes-Jewish y St. Louis Children's de BJC HealthCare. WashU Medicine tiene una historia histórica en la formación de MD/PhD, recientemente dedicó $100 millones a becas y renovación del plan de estudios para sus estudiantes de medicina, y alberga programas de capacitación de primer nivel en todas las subespecialidades médicas, así como fisioterapia, terapia ocupacional y audiología. y ciencias de la comunicación.

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Tamara cubre enfermedades infecciosas, microbiología molecular, neurología, neurociencia, cirugía, el Instituto de Informática, la División de Médicos Científicos y el programa MSTP. Tiene una doble licenciatura en biofísica y bioquímica molecular y en sociología de la Universidad de Yale, una maestría en salud pública de la Universidad de California, Berkeley, y un doctorado en ciencias biomédicas de la Universidad de California, San Diego. Se unió a WashU Medicine Marketing & Communications en 2016. Ha recibido tres premios de escritura Robert G. Fenley de la Asociación Estadounidense de Facultades de Medicina: un bronce en 2020 por "El centro de control de calidad de la mente se encuentra en un área del cerebro ignorada durante mucho tiempo", una plata en 2022 por "Los ratones con comportamientos similares a las alucinaciones revelan información sobre enfermedades psicóticas" y un bronce en 2023 por "La raza de las personas a las que se les realizan análisis de sangre de Alzheimer puede afectar la interpretación de los resultados".