Команда исследователей из Российского квантового центра, Сколковского института науки и технологий и НИУ ВШЭ представила новый сверхчувствительный твердотельный магнитометр.
Ученые также впервые использовали свое изобретение в эксперименте, для улучшения метода магнитоэнцефалографии (МЭГ) – неинвазивной технологии измерения электрической активности головного мозга.
Разработка описана в статье, которую опубликовало научное издание Human Brain Mapping. Впервые изобретение было представлено на ПМЭФ-2021. Однако тогда не было представлено подробное описание разработки.
В чём же состоит достижение российских исследователей? Для начала расскажем о методе магнитоэнцефалографии.
Основное преимущество МЭГ в сравнении с другими методами исследования электрической активности мозга – высокая точность. Всё дело в том, что биологические ткани "прозрачны" для магнитных полей.
Напомним, что нейроны мозга посылают сигналы в виде электрических импульсов. Эти электрические импульсы генерируют очень слабые магнитные поля, которые на сегодняшний день могут зарегистрировать только специальные очень чувствительные сверхпроводящие датчики.
Специалисты называют их сквиды, от английской аббревиатуры SQUID (Superconducting Quantum Interference Device, или сверхпроводящий квантовый интерферометр). Это сверхсверхчувствительный магнитометр.
Чтобы он работал, его нужно охлаждать до минус 269° С, то есть почти до абсолютного нуля. Поэтому аппараты для магнитоэнефалографии очень дороги и в производстве, и в обслуживании.
Ученые Российского квантового центра создали первый в мире твердотельный сверхчувствительный магнитометр, работающий при комнатной температуре. В качестве основы выступила пленка железо-иттриевого граната.
Этот российский магнитометр демонстрирует более высокую, чем у "коллег", чувствительность и дает возможность регистрировать даже слабые и глубинные электрические источники головного мозга. А ещё ему нужна меньшая степень магнитной защиты, что существенно снижает цену как самого устройства, так и необходимой для его работы инфраструктуры.
Сотрудники Сколковского института науки и технологий и НИУ ВШЭ провели тестирование новых сенсоров. Для этого они регистрировали простой сигнал головного мозга – альфа-ритм. Это синусоидальные токи, возникающие в затылочной области головного мозга у 85—95% здоровых взрослых в спокойном состоянии. Новый магнитометр успешно зарегистрировал альфа-ритм, что подтвердили другие методы регистрации сигналов мозга.
В будущем ученые планируют изучить различные схемы расположения таких сенсоров внутри магнитоэнцефалографа. Их разместят вокруг головы и объединят с помощью гибкого соединения, чтобы уловить все значимые сигналы электрической активности коры головного мозга.
По словам руководителя группы разработчиков нового прибора Максима Острася из Российского квантового центра, разработка магнитометра была начата Петром Ветошко еще в середине 90-х годов.
"Интерес к МЭГ-системам в мире непрерывно растет: если в 2017 году [их] рынок оценивался в $600 миллионов, то к 2025 году аналитики прогнозируют увеличение до $1,3 миллиарда, – подчеркивает Острась. – Важно отметить, что квантовое обменное взаимодействие позволило зарегистрировать значение магнитного поля в 1000 раз ниже, чем при использовании традиционных решений".
Исследователи отмечают, что им ещё предстоит провести огромную работу для совершенствования своего изобретения. Нужны и новые физические исследования, и математическая модель для корректной обработки сигналов с новых датчиков.
Учитывая потенциально низкую стоимость и надежность новых сенсоров, ученые надеются, что в скором будущем технология магнитоэнцефалографии станет доступна большему кругу пациентов, врачей и исследователей.
Это, в свою очередь, повысит качество медицинской помощи, точность диагностики ряда неврологических расстройств, включая эпилепсию, и даст дополнительный толчок исследованиям механизмов работы головного мозга в норме и при патологии.
Мы постоянно рассказываем о способах изучения мозга с помощью магнитных полей. Так, мы писали о создании магнитного сканера мозга, почти не ограничивающего движений человека. Также активность мозга может измерить временная татуировка. А еще мы рассказывали, что с помощью магнитоэнцефалографии можно обнаружить биомаркер аутизма.
Больше интересных новостей науки и медицины вы найдёте в разделе "Наука" и "Медицина " на медиаплатформе "Смотрим".
