今回は今注目（個人的に）の新しい？脳磁図（Optically-pumped magnetometers : OPMs）についてまとめていきたいと思います．
一般的な脳磁図計(MEG)
脳磁図（Magnetoencephalography:MEG）は脳活動によって発生する磁場の変化を計測することによって脳内の神経活動を調べる手法です．超伝導量子干渉素子（Superconducting Quantum Interference Device: SQUID）がセンサーとしてよく使用されています．
特徴
一般的なMEGをその他の脳機能計測と比較したときの長所として以下の点が挙げられます（詳細は[1]の表1参照）．
・fMRIやNIRSなどの脳血流の変化を計測対象とした計測機器と比べて時間分解能が高い
・EEGで頭皮の電位変化を計測する際には脳と頭皮の間の組織によって電場がゆがむ（空間分解能が数cmスケールになる）が，MEGで計測する磁場はそのような影響を受けない
まとめるとMEGは空間分解能と時間分解能を両立させたい時の選択肢としての可能性を秘めています．
一方，短所としては以下のような点があります．
・計測に大掛かりな装置が必要（高価，超電導を使うため液体ヘリウムで冷やし続ける必要がある）
・磁気的にシールドされた部屋でないと地磁気の影響等で計測できない
・歩行などの全身運動中の脳活動を計測できない．
光ポンピング磁気センサによるMEG
光ポンピングセンサの特徴（SQUIDとの比較）
長所
・理論上の感度（10 aT/√Hz）が超電導量子干渉素子（SQUID）の感度（100 aT/√Hz）とほぼ同じ
・冷却装置が不要（ここがかなり大きい違い）
・シールドルームでなくても計測ができる可能性がある？
短所
・ダイナミックレンジが小さい
・バンド幅が小さい？
計測メカニズム
サイト「光ポンピング磁力計のしくみ」がわかりやすい．
OPMによる生体信号計測の年表（作成中）
1981 Livanov et al., 1981 OPMによる生体信号の計測を試みた
2010 Deng et al., 2010 狭い周波数帯でOPMがSQUIDと同等の感度を持つことを実証した．
参考文献
[1]脳磁図（MEG）を利用した脳機能計測とその応用
[2]Tierney, T. M., Holmes, N., Mellor, S., López, J. D., Roberts, G., Hill, R. M., … & Barnes, G. R. (2019). Optically pumped magnetometers: From quantum origins to multi-channel magnetoencephalography. NeuroImage, 199, 598-608.
[3]Knappe, S., Sander, T., & Trahms, L. (2014). Optically-pumped magnetometers for MEG. In Magnetoencephalography (pp. 993-999). Springer, Berlin, Heidelberg.
[4]Boto, E., Meyer, S. S., Shah, V., Alem, O., Knappe, S., Kruger, P., … & Brookes, M. J. (2017). A new generation of magnetoencephalography: Room temperature measurements using optically-pumped magnetometers. NeuroImage, 149, 404-414.
[5]Boto, E., Hill, R. M., Rea, M., Holmes, N., Seedat, Z. A., Leggett, J., … & Brookes, M. J. (2021). Measuring functional connectivity with wearable MEG. NeuroImage, 230, 117815.
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