测量人脑活动仍然是科学和医学领域面临的最大挑战之一。尽管最近在成像和纳米科学等领域取得了技术进步，但研究人员仍在努力准确检测认知。目前，功能性磁共振成像 (MRI) 用于测量大脑活动，但这种方法需要患者静止躺在大型、嘈杂且昂贵的设备中。需要一种便携且无创的方法来阐明大脑在进行日常生活活动时如何在更自然的环境中运作。
2013 年，美国国立卫生研究院发起了一项倡议，通过资助该领域关键领域的项目来鼓励对神经科学研究进行更多研究。其中一个项目由马萨诸塞州总医院 (MGH) Athinoula A. Martinos 生物医学成像中心牵头，与麻省理工学院林肯实验室和波士顿大学合作，开发一种高性能脑成像方法，可以更准确地监测脑血流比以往任何时候都。大脑根据一个人从事的脑力和体力活动以不同方式调节血流。使用便携式系统准确绘制脑血流图将使研究人员深入了解认知。
“这种新方法称为时域漫反射相关光谱学 (TD-DCS)，它通过使用光纤将激光传输到大脑和从大脑传输，”林肯实验室高级成像技术小组的研究小组成员乔纳森理查森说。该方法将被集成到一个类似于帽子的系统中，该系统具有 64 个传输点和 192 个接收点，这些点被组织成称为光极的组，间隔 1 厘米以覆盖几乎整个头皮。“光从每个光极的发射器扩散，从红细胞中的血红蛋白反射回来，然后返回到周围的几个接收器。”
血细胞在不断地运动，运动得越快，返回的光信号强度波动就越快。研究人员可以使用该波动率来测量血流速度。
在该计划的早期，该团队致力于优化用于脉冲的光的波长。组织和血液吸收和散射不同波长的光的方式不同。这些效应会吞噬光信号，以至于没有任何东西会反弹回接收器。通过建模和测量，他们确定与目前使用的较短波长相比，1,064 纳米的激光可以安全地传送近 11 倍的光子，并且可以到达更深 25% 的大脑区域。此外，商业脉冲光纤激光技术很容易产生 1,064 纳米的激光。
为了使接收器对从大脑深处返回的微弱光信号敏感，该团队使用了一种由林肯实验室开发的定制检测器技术，称为盖革模式雪崩光电二极管 (GmAPD)。
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