Overview of the Most Important Advances in Magnetoencephalography Technology

Abstract

The overview of the latest advances in magnetoencephalography (MEG) technology, including the development of optically pumped magnetometers (OPM), is presented. The main advantage of OPM over conventional superconducting quantum interference devices (SQUID) is the absence of cryogenic cooling, which reduces the cost of equipment by 2–3 times. Moreover, the OPM can be positioned a few millimeters from the scalp, which roughly doubles the signal-to-noise ratio. In addition, they are not as susceptible to muscle artifacts as electroencephalography (EEG) signals. Moreover, placing the OPM in a nulling magnetic field reduces the effects of head movement artifacts in the surrounding field. All these advantages open up great potential for the development of a new generation of OPMbased brain-computer interfaces (BCIs) that are cheaper, more flexible and more responsive than SQUID-based BCIs, which can perform both motor and non-motor tasks. Despite the tremendous progress made over the past few years, OPM–MEG is still an evolving technology that requires further improvement. Due to the large size of the sensors, the number of channels is relatively small (less than 50), so they cannot cover the entire head. Although many BCI applications require only a few sensors, their correct placement in selected areas of the scalp is very important. The miniaturization and versatility of lightweight helmets could be an important step towards the further development of OPM for BCI and other applications.

Представлен обзор новейших достижений в технологии магнитоэнцефалографии (MEG), включая разработку магнитометров с оптической накачкой (OPM). Основным преимуществом OPM перед обычными сверхпроводящими квантовыми интерференционными устройствами (SQUID) является отсутствие криогенного охлаждения, что снижает стоимость оборудования в 2–3 раза. OPM можно расположить на расстоянии нескольких миллиметров от кожи головы, что примерно вдвое увеличивает соотношение сигнал/шум. Кроме того, они не так восприимчивы к мышечным артефактам, как сигналы электроэнцефалографии (ЭЭГ). Размещение OPM в обнуляющем магнитном поле снижает влияние артефактов движения головы в окружающем поле. Все эти преимущества открывают большой потенциал для разработки нового поколения интерфейсов мозг — компьютер (BCI) на основе OPM, они дешевле, гибче и чувствительнее, чем BCI на основе SQUID, которые могут выполнять как моторные, так и немоторные задачи. Несмотря на огромный прогресс, достигнутый за последние несколько лет, OPM–MEG все еще является развивающейся технологией, требующей дальнейшего совершенствования. Из-за большого размера датчиков количество каналов относительно невелико (менее 50), поэтому они не могут покрыть всю голову. Для многих приложений BCI требуется всего несколько датчиков, но при этом очень важно правильно разместить их в выбранных областях черепа. Миниатюризация и универсальность легких шлемов может стать важным шагом на пути дальнейшего развития OPM для BCI и других приложений.