世界阿尔茨海默病日 | 脑磁图将为AD的早期诊断和精准治疗提供新的可能(下)
上一篇文章中，我们介绍了什么是阿尔茨海默病（AD）以及AD目前的临床诊疗难点。
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本篇文章我们将介绍一种能够为AD的早期诊断和精准治疗提供新的可能的技术——脑磁图。
什么是脑磁图（MEG）？
脑磁图（MEG），是一种功能性神经影像技术，通过记录大脑自然发生的电流产生的磁场来绘制大脑活动。MEG可以在毫秒级别测量正在进行的大脑活动，并显示活动在大脑中的哪个位置产生，兼具高时间分辨率（0.001s）和空间分辨率（2-5mm），并对人体无创、无辐射，是现阶段脑成像领域最尖端的技术之一。与其他脑功能检测技术相比，MEG可以提供关于大脑的最佳活动时间和空间信息[1][2]。
脑内神经电活动产生的颅外磁场非常微弱,只有50-500fT(1fT=10-15T)，约为地球磁场的亿分之一以下，只有极其灵敏的磁探测器才能捕捉微弱的脑磁信号。MEG使用小型的、具备超高磁场灵敏度的传感器来覆盖全脑，实现对全脑的脑磁信号采集。目前，主流的脑磁传感器类型主要有两种，一种是SQUID（超导量子干涉设备），需要在液氦环境中工作，成本高，临床推广难；另一种是OPM（原子磁强计），可在常温下探测脑磁，未来有望成为脑磁探测的主流技术。
左：昆迈医疗OPM探测器
右：多通道全脑信号采集示意
脑磁图检测无需额外的药物参与，可以检测和记录病人在静止或完成一系列任务（如听声音或看图片）时神经元的活动，并通过对神经元活动的分析，实现对大脑功能的定量精准诊断。
MEG在阿尔茨海默病
领域的应用
案例1
对AD患者的电生理研究一致表明，较慢的 delta (1-4 Hz) 和 theta (4-7 Hz) 频段的振荡活动较强，同时较快的 alpha (7-13 Hz) 和 beta (15–30 Hz）频段的振荡活动较弱，即AD患者的神经元活动存在病理性“减慢”。也就是我们经常说的“脑袋反应慢了”。然而，低频活动增加和高频活动减少的神经元群体是否在空间上重叠，仍然是未知的。
为回答这一问题，Wiesman等人收集了38名生物标志物确诊的AD患者和20名认知正常的生物标志物阴性老年人的静息态MEG数据。利用这些数据，他们计算了病理性振荡减慢指数(POSI)，他们发现AD患者在颞叶、顶叶、小脑和前额叶皮质网络中表现出显著的神经减慢。并且，这种减慢效应与临床结果具有直接相关性，因为颞叶和顶叶皮质的振荡减慢显著预测了一般（即蒙特利尔认知评估分数）和特定领域（即注意力、语言和处理速度）的认知功能。此外，通过定量测量区域性β淀粉样蛋白积累，有效预测了这种病理性神经减慢效应的大小，β淀粉样蛋白负荷和神经减慢之间的相关强度也预测了患者的注意力损伤程度[3]。
案例2
Tau蛋白累积是AD发病的重要机制之一。最近的研究表明，Tau蛋白通过神经元连接在大脑中传播。这一过程可能涉及多种机制：通过脑区之间的交互作用（功能连接）传播；通过解剖连接的模式（结构连接）传播；或者通过简单扩散传播。为了研究哪些路径影响Tau蛋白的传播，研究人员使用MEG技术记录患者和健康对照组的静息态数据，并建立易感-感染（SI）模型来模拟Tau蛋白的传播。
他们收集并分析了82名被试的MEG静息态数据，包括25名对照组（主观认知下降，β淀粉样蛋白检测阴性）、16名早期AD患者（主观认知下降，β淀粉样蛋白检测阳性）、16名轻度认知障碍（MCI）患者和25名AD痴呆患者。他们将模型预测的Tau蛋白沉积与AD不同阶段PET测定的Tau沉积结果进行比较，发现在临床前AD阶段，功能网络预测了大部分模拟的tau-PET binding potential，模型和tau-PET之间的相关性最好，其次是结构网络和简单扩散；尽管预测精度在MCI和AD痴呆阶段有所下降，但相对于其他传播途径，在功能网络中建模的tau蛋白和tau-PET binding之间的相关性依然最高。
这项研究通过引入基于MEG的流行病传播模型，利用MEG的高时间分辨率和空间分辨率，扩展了基于功能磁共振成像的功能连接研究，证实了tau蛋白主要通过功能连接扩散，这表明，除结构连接之外，神经元动力学在促进 tau 扩散方面也发挥着关键作用[4]。
MEG在AD诊疗中的优势
总结起来，脑磁图（MEG）在阿尔茨海默病（AD）的诊断中有几个优势：
1. 高时间分辨率：MEG可以测量时间精度达到毫秒级别的大脑活动。这使得MEG能够捕捉到大脑中快速发生的神经元活动。
2. 功能性测量：MEG测量的是大脑的实时活动，而不仅仅是结构。这使得MEG能够捕捉到大脑在完成特定任务时的活动。
3. 无创性：与其他一些高时间分辨率的功能性神经影像技术相比，MEG是在体外进行的无创伤探测。
展望
未来，随着脑磁图技术的发展和普及，也随着更多关于AD+脑磁图的研究开展，脑磁图将以其超高的时间分辨率和空间分辨率优势，在AD的早期诊断，疾病进展，生物标志物发现，药物疗效评估等领域中发挥不可替代作用，为AD的早期诊断和精准治疗提供新的可能。
参考文献：
[1] What is Magnetoencephalography (MEG)? | I-LABS (uw.edu)
[2] Magnetoencephalography (MEG): What It Is, Purpose & Uses (clevelandclinic.org)
[3] Wiesman, A. I., Murman, D. L., Losh, R. A., Schantell, M., Christopher-Hayes, N. J., Johnson, H. J., ... & Wilson, T. W. (2022). Spatially resolved neural slowing predicts impairment and amyloid burden in Alzheimer’s disease. Brain, 145(6), 2177-2189.
[4] Schoonhoven, D. N., Coomans, E. M., Millán, A. P., van Nifterick, A. M., Visser, D., Ossenkoppele, R., ... & Gouw, A. A. (2023). Tau protein spreads through functionally connected neurons in Alzheimer’s disease: a combined MEG/PET study. Brain, awad189.
北京昆迈医疗科技有限公司
北京昆迈医疗科技有限公司是北京市在医药健康领域重点引导落地的科技创新型企业，公司以脑功能影像设备开发为核心业务，专注于为临床、科研用户提供生物弱磁成像一体化解决方案。团队在磁探测、磁屏蔽、磁反演等技术领域上已取得颠覆性突破成果，并申请多项专利，相关技术水平处于国际前列。企业拥有来自北大、清华、UCL等高校以及世界500强企业高管的近50人团队，公司成立3年以来累计获得数千万元融资，当前正在加快产业化部署，核心技术未来将广泛应用于脑科学研究、脑疾病诊断以及脑机接口等前沿领域。
