ในขณะที่การระบาดของ COVID-19 ยังคงดำเนินต่อไปทั่วโลก การสวมหน้ากากอนามัยในบ้านได้กลายเป็นข้อกำหนดเพื่อช่วยลดการแพร่กระจายของไวรัส การปกปิดใบหน้ายังสวมใส่ในเครื่องสแกน MRI ในระหว่างการเก็บข้อมูลเพื่อให้ผู้เข้าร่วมปลอดภัย อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีความชัดเจนว่าสิ่งนี้จะส่งผลต่อสัญญาณสมองที่วัดได้อย่างไร ขณะนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด
ได้ตรวจสอบผลกระทบของการสวมหน้ากาก
กับสัญญาณ MRI ที่ใช้งานได้ (fMRI) ระหว่างการสแกน พวกเขาอธิบายงานของพวกเขาในNeuroImage MRI เชิงหน้าที่วัดการตอบสนองที่ขึ้นกับระดับออกซิเจนในเลือด (BOLD) ของสมองเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของการไหลเวียนของเลือดระหว่างการกระตุ้น ปฏิกิริยา BOLD ไวต่อความเข้มข้นของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) ในเลือด การสวมหน้ากากผสมผสานกระแสลมที่หมดอายุและแรงบันดาลใจ ขณะที่คุณหายใจเอา CO 2 ออก การผสมนี้จะเพิ่มปริมาณของ CO 2ที่ได้รับแรงบันดาลใจ ส่งผลให้เกิดภาวะ hypercapnia เล็กน้อย (ระดับ CO 2 ในเลือดสูงขึ้น ) hypercapnia นี้เพิ่มการไหลเวียนของเลือดในสมองและด้วยเหตุนี้จึงยกระดับสัญญาณ BOLD ที่วัดได้ ส่งผลให้ fMRI มีความแตกต่างกันมากขึ้นเมื่อเทียบกับที่เห็นในกรณีที่ไม่มีภาวะ hypercapnia
ผลกระทบต่อสัญญาณ BOLDทีมงานของ Stanford ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับการสร้างภาพประสาทตามงานโดยใช้ “การออกแบบบล็อก” ซึ่งจะมีการทำกิจกรรมหรือให้การกระตุ้นในระหว่าง “บนหน้าต่าง” ตามด้วย “นอกหน้าต่าง” ซึ่งการกระทำหรือการกระตุ้นจะสิ้นสุดลง
ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้ออกแบบบล็อกสองแบบพร้อมกัน ครั้งแรกเกี่ยวข้องกับงานประสาทสัมผัส-มอเตอร์ 15 วินาที ซึ่งกระตุ้นบริเวณการได้ยิน ภาพ และประสาทสัมผัสของสมองไปพร้อม ๆ กัน ตลอดงาน พวกเขาส่งอากาศบริสุทธิ์ไปยังผู้เข้าร่วมผ่านสายสวนจมูกในรอบการเปิด-ปิด 90 วินาที พวกเขาทำการทดลองสองครั้งกับผู้เข้าร่วมแต่ละคน ครั้งหนึ่งมีหน้ากากอนามัยและอีกครั้งไม่มี cannula ควบคุมปริมาณก๊าซของอากาศที่ได้รับแรงบันดาลใจระหว่างสถานะเปิดหน้ากาก ป้องกันไม่ให้ CO 2สะสม มันมีผลกระทบต่อระดับ CO 2 น้อยที่สุด เมื่อปิดหน้ากาก
ทีมงานยังได้บันทึกระดับ CO 2 ขั้นสุดท้าย (ETCO 2 ) ในเซสชั่นแยกต่างหากนอกเครื่องสแกน MRI เพื่อวัดผลกระทบของหน้ากากต่อภาวะ hypercapnia สำหรับผู้เข้าร่วมแต่ละคน
นักวิจัยวิเคราะห์ข้อมูลจากผู้เข้าร่วมที่มีสุขภาพดี
แปดคนโดยใช้แบบจำลองเชิงเส้นทั่วไปที่มีตัวแปรสองตัว: ตัวหนึ่งอธิบายงานของประสาทสัมผัสและอีกอันหนึ่งคือการจ่ายอากาศของสายสวนจมูก แผนที่การเปิดใช้งานกลุ่มที่เป็นผลลัพธ์จากงานประสาทสัมผัส-มอเตอร์ ซึ่งระบุพื้นที่ของสมองที่ทำงานอยู่ในหน้าต่าง ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่างสถานะการสวมหน้ากากและการปิดหน้ากาก ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าสามารถตรวจจับการเปิดใช้งานงานได้อย่างน่าเชื่อถือในขณะที่ผู้เข้าร่วมสวมหน้ากาก
สัญญาณ BOLD พื้นฐานซึ่งทีมวิเคราะห์โดยใช้วัฏจักรของอากาศในท่อน้ำดีในโพรงจมูก แสดงให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างสถานะที่สวมหน้ากากและปิดหน้ากาก ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าหน้ากากทำให้เกิดการเปลี่ยนสัญญาณพื้นฐานโดยเฉลี่ยที่ 30.0% โดยสสารสีเทาทั่วสมองแสดงการปิดใช้งานที่เห็นได้ชัด (สังเกตได้จากสัญญาณที่เพิ่มขึ้นโดยไม่มีการจ่ายอากาศ) ในแผนที่การเปิดใช้งานกลุ่ม ETCO 2 ที่วัดได้ แสดงการเพิ่มขึ้นเฉลี่ย 7.4% ยืนยันการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของ CO 2 ที่ได้รับแรงบันดาลใจด้วยการใช้หน้ากากที่คาดการณ์ไว้
การศึกษาเฉพาะนี้ให้ความกระจ่างแก่ชุมชน neuroimaging เกี่ยวกับผลกระทบของมาสก์หน้าต่อข้อมูลที่รวบรวมตลอดการระบาดใหญ่ ความแตกต่างที่ไม่มีนัยสำคัญที่วัดได้ระหว่างสัญญาณที่กระตุ้นงานโดยเปิดหรือปิดหน้ากากสนับสนุนความต่อเนื่องที่ปลอดภัยของการศึกษา fMRI ตามภารกิจในการตั้งค่าทางคลินิกและการวิจัยในขณะที่ปฏิบัติตามกฎระเบียบของหน้ากาก
อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน เลเซอร์ที่ใช้สำหรับการใช้งานเหล่านี้ ได้แก่ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์ CO 2และไฟเบอร์เลเซอร์ ล้วนมีข้อจำกัด Susumu Nodaจากมหาวิทยาลัยเกียวโตได้กล่าวถึงปัญหาดังกล่าวในการประชุมPhotonics West LASEครั้งล่าสุด
ในการสร้างพลังงานสูงจากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป
เช่น เลเซอร์ Fabry–Pérot พื้นที่กว้าง ความกว้างของช่องจะต้องเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ลำแสงเอาต์พุตที่แตกต่างกันมีคุณภาพต่ำ “สำหรับการตรวจจับด้วยไลดาร์ ระบบเลนส์ที่ซับซ้อนและการปรับอย่างละเอียดจำเป็นต้องเปลี่ยนรูปร่างของลำแสง” โนดะอธิบาย “และสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ ลำแสงเอาต์พุตไม่สามารถโฟกัสได้เพียงพอ ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้สำหรับการผลิตได้โดยตรง”
การประมวลผลด้วยเลเซอร์ทำได้โดยใช้เลเซอร์ CO 2และไฟเบอร์ แต่เลเซอร์ CO 2นั้นมีขนาดใหญ่มากและมีประสิทธิภาพต่ำ ไฟเบอร์เลเซอร์ในขณะเดียวกันมีเลเซอร์ไดโอดหลายร้อยตัวที่รวมกันเป็นไฟเบอร์ขยายสัญญาณ ด้วยเหตุนี้ ไฟเบอร์เลเซอร์จึงได้รับผลกระทบจากโครงสร้างที่ซับซ้อนและมีขนาดที่ใหญ่โต รวมถึงประสิทธิภาพที่จำกัด
สิ่งที่จำเป็นคือเทคโนโลยีเลเซอร์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ และจากข้อมูลของ Noda นี่คือเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวคริสตัลโฟโตนิกหรือ PCSEL
PCSELs เป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ชนิดใหม่ที่มีคริสตัลโฟโตนิกรวมอยู่ที่ชั้นบนสุดของชั้นแอกทีฟ ผลึกโฟโตนิกเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างระดับนาโน ซึ่งการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ ของค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น โดยตาข่ายของรู) ทำให้เกิดช่องว่างแถบโฟโตนิก PCSELs ที่เป็นผลลัพธ์จะปล่อยลำแสงคุณภาพสูงที่สมมาตรพร้อมไดเวอร์เจนซ์ที่แคบ
ซูสุมุ โนดะ
ซูสุมุ โนดะ มหาวิทยาลัยเกียวโต
“สำหรับการใช้งานแบบ Lidar สามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้เลนส์และไม่ต้องปรับแต่ง และสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ เนื่องจากความสว่างสูง เราจึงสามารถใช้ PCSELS ได้โดยตรงสำหรับการประมวลผลวัสดุ” Noda กล่าว “ดังนั้น เลเซอร์คริสตัลโฟโตนิกจึงคาดว่าจะมีส่วนช่วยในการพัฒนาการเคลื่อนย้ายอัจฉริยะและการผลิตที่ชาญฉลาด”
Noda และทีมวิจัยของเขาทำงานเกี่ยวกับ PCSEL มาตั้งแต่ปี 2542 เมื่อพวกเขาสร้างการสั่นที่สัมพันธ์กันของการเปล่งพื้นผิว 2 มิติเป็นครั้งแรก พวกเขายังคงสาธิตการควบคุมโพลาไรซ์และรูปร่างของลำแสงโดยปรับแต่งโครงสร้างผลึกแบบโฟนิก ขยายเป็นความยาวคลื่นสีน้ำเงิน-ม่วง และพวงมาลัยบีม 1D ในปี พ.ศ. 2556 PCSEL ขนาด 0.2 วัตต์เริ่มจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ และทีมงานได้สาธิตการทำงานระดับวัตต์ขึ้นไป
Credit : perulionsclubnewyork.org petermazz.com phicomputer.com photoshopdersi.net
