Миниатюрный, основанный на атоме магнитный датчик, разработанный «Национальным институтом стандартов и технологий» (National Institute of Standards and Technology — NIST) успешно прошёл важный этап в исследовании по измерению деятельности человеческого мозга, сообщает «WordScience.org». На этой неделе исследователи проверят, подходит ли данный магнитный датчик для биомедицинских приложений, изучающих психические процессы и продвижение в понимании неврологических заболеваний.
«NIST» и немецкие учёные использовали магнитный датчик «NIST» для измерения альфа-волн в головном мозге человека, вызванных при открытии и закрытии глаз, а также при сигналах, вызванных в результате стимуляции рукой. Измерения были проверены путём сопоставления их с сигналами, записанными с помощью «SQUID» (сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство). «SQUID» является наиболее чувствительным в мире из коммерчески доступных магнитометров, а также считается «золотым стандартом» для подобных экспериментов. На данный момент мини-датчик «NIST» менее чувствителен, но имеет большой потенциал в сопоставимой производительности, предлагая потенциальные преимущества в размерах, портативности и стоимости.
Результаты исследования показывают, что мини-датчик «NIST» может быть полезным в магнитоэнцефалографии (МЭГ), неинвазивная процедура, которая измеряет магнитные поля, создаваемые электрической активностью в головном мозге. МЭГ используется для фундаментальных исследований в области восприятия и познавательных процессов у здоровых лиц, а также для обследования зрительного восприятия у новорождённых и картирования активности головного мозга до операции по удалению опухоли или лечения эпилепсии.
В настоящее время МЭГ опирается на «SQUID» массивы, которые установлены в тяжёлой колбе, содержащей криогенные хладагенты, так как «SQUID» лучше всего работает при температуре, которая на 4 градуса выше абсолютного нуля, или минус 269 градуса по Цельсию. Магнитный датчик «NIST» снабжён чипом, размер которого сопоставим с кусочком сахара и работает при комнатной температуре. Для массового производства он будет менее дорогим, по сравнению с обычными атомными магнитометрами, которые больше по размеру и имеют более сложную процедуру изготовления и сборки.
«Мы фокусируемся на небольшом датчике, производя его в непосредственной близости к источнику сигнала, что делает его очень технологичным при сравнительно низкой стоимости», — говорит соавтор Svenja Knappe. «Производя недорогую систему, в последствии её можно будет предоставить каждой больнице для проверки травматических повреждений головного мозга».
Магнитный датчик состоит из контейнера, содержащего около 100 млрд. атомов рубидия в газе, маломощной инфракрасной лазерной оптики и волокна, которое служит для обнаружения световых сигналов, регистрирующих магнитное поле — атомы поглощают больше света при увеличении магнитного поля. Датчик была улучшен, поскольку использовался для измерения работоспособности человеческого сердца в 2010-ом году. Учёные «NIST» переработали обогреватели, которые испаряют атомы и перешли на другой тип оптического волокна, чтобы повысить чёткость сигнала.
Эксперименты головного мозга проводились в «Physikalisch Technische Bundesanstalt» в Берлине (Германия), который работает по действующей программе, направленной на биомагнитную визуализацию. Датчик «NIST» измеряет магнитные сигналы около 1 пикотесла (триллионных тесла). Для сравнения, магнитное поле Земли в 50 миллионов раз сильнее (на 50 миллионных долей тесла). Учёные «NIST» рассчитывают повысить производительность магнитного датчика примерно в десять раз за счёт увеличения количества улавливаемого света. Расчёты показывают, что чувствительность модернизированного датчика может сравниться с чувствительностью «SQUID». Учёные также работают над созданием мульти-датчика с магнитной системой визуализации для клинически значимых приложений.
