光学泵磁力计在重复测试中评估诱发、诱导及被动MEG响应的稳定性研究

本研究通过光学泵磁力计（OPM-MEG）系统，首次系统评估了任务态与静息态脑磁图信号在多次测试中的稳定性。研究人员采用情绪面孔任务、运动圆环刺激及电影观看范式，量化了M170诱发响应、视觉γ波段事件相关同步（ERS）/α波段事件相关去同步（ERD）以及被动状态下的脑电功率谱特征。结果显示，M170潜伏期标准差仅1毫秒，α波段功率一致性最高（ICC=0.88），为OPM-MEG的临床转化提供了关键可靠性基准。

　　

在神经科学研究与临床诊断中，脑磁图（Magnetoencephalography, MEG）因其毫秒级时间分辨率成为探测脑功能的重要工具。然而传统超导量子干涉仪（SQUID）MEG系统依赖液氦冷却，高昂的运维成本与固定式设计严重限制了其普及。光学泵磁力计（Optically Pumped Magnetometer, OPM）技术的突破带来了革命性变化——这种可穿戴式传感器无需低温冷却，允许头部自由运动，且能紧贴头皮提升信号灵敏度。但一个关键问题悬而未决：这种新型系统在真实临床场景（如多日重复测试）中能否保持稳定的测量可靠性？

位于多伦多的病童医院（The Hospital for Sick Children）联合多伦多大学的研究团队对此展开了开创性研究。他们设计了一套涵盖诱发、诱导及被动神经响应的多模态评估方案：通过经典情绪面孔任务触发颞叶梭状回的M170成分，用动态同心圆刺激诱发视觉皮层的γ波段振荡（30-80 Hz）与α波段抑制（8-13 Hz），并创新性地采用抽象动画电影《Inscapes》模拟儿童友好型静息态。研究团队在6天内对5名成人完成5次OPM-MEG扫描，通过严格的运动补偿与噪声抑制技术，首次系统量化了三种神经响应在日间变异中的稳定性特征。

关键技术方法包括：80通道双轴OPM阵列（QuSpin）的全头覆盖、基于光学追踪的头动实时补偿、伪MRI（pseudo-MRI）源定位技术，以及LCMV波束成形（beamforming）空间滤波。数据分析采用时频分析（TFR）、功率谱密度（PSD）和类内相关系数（ICC）评估可靠性。

主要发现如下：

1. 诱发响应：面孔敏感的M170稳定性
通过双侧梭状回（fusiform gyrus）的波束成形分析显示，M170潜伏期表现出惊人的一致性，组间标准差仅1毫秒（167±1 ms），振幅ICC达0.80。值得注意的是，个体间存在左右半球优势差异——4名受试者右侧梭状回激活更强，1名则呈现左侧优势。定位精度在矢状面、冠状面和轴面的平均标准差分别为1.94 mm、5.07 mm和2.82 mm，证实OPM-MEG具备稳定的源定位能力。

2. 诱导响应：视觉γ/α振荡的异质性
动态圆环刺激诱发的γ波段ERS（事件相关同步）平均峰值频率为58 Hz，振幅ICC为0.64，但峰值频率可靠性较低（ICC=0.07）。这种变异性与传统MEG研究一致，部分受试者在常规MEG验证中同样表现出弱γ响应。α波段ERD（事件相关去同步）平均幅度达-45.9%，但受"地板效应"影响，其ICC为0.54。研究强调，虽然群体水平变异较大，但个体内部的响应模式具有高度可重复性。

3. 被动任务：频段功率与非周期成分
电影观看期间的全脑功率分析显示，θ（4-8 Hz）、α、β（13-30 Hz）、γ₁（30-50 Hz）和γ₂（50-80 Hz）频段的区域分布与传统MEG高度吻合：θ波前额优势、α波枕顶叶优势、γ波颞叶优势。其中α功率可靠性最高（全脑平均ICC=0.88），非周期成分（aperiodic component）的斜率（指数）与偏移量（offset）ICC分别达0.86和0.75，为研究兴奋-抑制平衡提供了稳定指标。

研究意义与展望
这项发表于《Scientific Reports》的工作首次建立OPM-MEG多日测试的可靠性基准，证实其在诱发响应（如M170）和静息态功率（特别是α波段）方面媲美传统MEG。尽管诱导响应（如视觉γ振荡）存在个体差异，但其个体内稳定性支持纵向追踪研究的可行性。研究者特别指出，短时程（5分钟）、儿童友好的实验范式（如电影替代静息态）仍能获取可靠信号，这对自闭症等临床人群研究至关重要。未来需在更大样本和更长时程中验证这些发现，并优化传感器阵列设计以提升γ振荡的检测灵敏度。

这项研究为OPM-MEG的临床转化扫清关键障碍——证明其日间测量稳定性不逊于传统系统，同时兼具低成本、易用性和运动耐受优势。随着技术进步，这种可穿戴脑磁图系统或将成为神经发育障碍诊疗、药物试验监测的新一代标准工具。