Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Ioffe Higher School of Economics und des St. Petersburger Instituts für Physik und Technologie arbeitet an einer neuen Generation von Atommagnetoenzephalographen,
schreibt die Zeitung Izvestia. Wenn die Arbeiten abgeschlossen sind, unterscheidet sich die russische Erfindung vorteilhafterweise von bestehenden teuren MEG-Geräten im Wert von mehreren Millionen Dollar:
- Es ist kein magnetisch isolierender Raum erforderlich. Der Sensor arbeitet im Erdmagnetfeld.
- Die Kosten sind 5-7 mal günstiger als bei Analoga (da keine spezielle Ausstattung eines magnetisch isolierenden Raums erforderlich ist)
- Kompaktheit
- Die Position der Sensoren liegt näher am Kopf als der Mindestabstand von 3-4 cm in vorhandenen MEG-Systemen, wobei diese Einschränkung durch die Tatsache verursacht wird, dass der Sensor in flüssigem Helium bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt platziert wird
Die Arbeit ist noch lange nicht abgeschlossen, aber den Wissenschaftlern gelang es, bestimmte Erfolge zu erzielen. Am wichtigsten ist, dass ein Schlüsselelement des zukünftigen Geräts bereits entwickelt wurde - ein Sensor, der Magnetfelder erfasst, die durch die Aktivität von Gehirnnervenzellen erzeugt werden.
Moderne MEGs verwenden
SQUID- Sensoren (supraleitende Quanteninterferometer). Dies ist ein supraleitender Ring mit zwei Josephson-Tunnelübergängen. In gewissem Sinne ist dies ein Analogon des optischen Effekts mit Interferenz von zwei Schlitzen, nur in diesem Fall stören nicht Lichtwellen, sondern zwei Josephson-Ströme. In SQUID wird die Elektronenwelle in zwei Teile geteilt, von denen jeder seinen eigenen Tunnelkontakt passiert, und dann werden beide Wellen zusammengebracht. Bei Vorhandensein eines Magnetfeldes wird in der Schaltung ein zirkulierender supraleitender Strom induziert. Dieser Strom in einem der Kontakte wird vom konstanten externen Strom abgezogen und im zweiten wird er addiert. Zwischen den Tunnelkontakten tritt eine Phasendifferenz auf.
Für existierende SQUID-Magnetometer auf der Welt erreicht die Empfindlichkeit 5 · 10
–33 J / Hz (die Empfindlichkeit im Magnetfeld beträgt 10
–13 T). Natürlich müssen sie vom Erdmagnetfeld isoliert werden.
"Während der Entwicklung des Atommagnetoenzephalographen konnten wir Sensoren konstruieren, die im Erdmagnetfeld arbeiten können", sagte Anton Vershovsky, leitender Forscher am Labor für Atomradiospektroskopie des Physicotechnical Institute. "Dies wird es wahrscheinlich ermöglichen, auf die Verwendung eines magnetisch isolierenden Raums zu verzichten, was die Kosten für das Gerät und seinen Betrieb erheblich senken wird."
In einem Kommentar zu Geektimes erklärte Anton Vershovsky (
antver ): „Unsere Prototypen und Konkurrenten sind keine SQUIDs, sondern SERF-Sensoren - Atommagnetometer, die nur in Nullmagnetfeldern arbeiten können. Unsere Sensoren sind etwas weniger empfindlich, aber ohne diesen Nachteil. Ohne den eine halbe Million Dollar teuren Magnetabschirmungsraum, den SERFs benötigen, ist dies wirklich möglich, aber ein Magnetschirm mit einem Feldstabilisator wird weiterhin benötigt ... Die physikalischen Prinzipien des Sensorbetriebs wurden entwickelt und experimentell getestet. Die nächste Stufe - OCD - das Design des Sensors und erst dann das MEG. Es ist mehr als ein Jahr. "
Es gibt nur wenige technische Details über das revolutionäre russische Gerät (obwohl es
Veröffentlichungen zu Atommagnetometern gibt). Der Direktor des HSE-Zentrums für bioelektrische Schnittstelle, Alexey Osadchiy, sagte jedoch, dass Sie mit dem neuen Sensor ein kompaktes MEG-System mit brandneuen Funktionen bauen können: „Es wird etwas sein, das dem fantastischen Kopfschmuck eines Professors von Back to the Future ähnelt, einem Helm, der mit ein paar Hunderten ähnlicher Sensoren besetzt ist auf einem großen Andenkenstift. Die Sensoren befinden sich nicht weiter als einen Zentimeter vom Kopf entfernt - um ein Vielfaches näher als in bestehenden Systemen. Auf diese Weise können wir eine Auflösung im Submillimeterbereich erreichen: Wir können Signale von Bereichen des Gehirns unterscheiden, die weniger als einen Millimeter voneinander entfernt sind. “
Auch wenn wir davon ausgehen, dass die russische Entwicklung nicht zu ihrem logischen Abschluss gebracht wird, gibt es weltweit immer noch mehrere Gruppen, die wissenschaftliche Forschung in diese Richtung betreiben. Mit anderen Worten, früher oder später sollte ein kompakter Atommagnetoenzephalograph viel billiger als bestehende MEG-Systeme hergestellt werden. Und ein solches Gerät wird die Wissenschaft des Gehirns revolutionieren.
Tatsache ist, dass derzeitige Geräte im Wert von mehreren Millionen Dollar eine komplexe Installation und Wartung erfordern. Sie sind sehr teuer, so dass sich die MEG das übliche Bezirkskrankenhaus leisten kann. Darüber hinaus weisen sie eine Reihe weiterer Einschränkungen auf. Zum Beispiel erfordert das Scannen absolute Stille. Es ist nicht möglich, das Gehirn von Kindern oder Tieren zu scannen, da diese eine kleinere Kopfgröße als der Standard haben. Neue Sensoren und ein atomarer Magnetenzephalograph werden solche Einschränkungen beseitigen und den Anwendungsbereich des MEG radikal erweitern: „Das Aufkommen eines kostengünstigen Magnetenzephalographen wird sowohl das Gebiet der Behandlung neurokognitiver Störungen als auch die Wissenschaft revolutionieren“, sagt Tatyana Stroganova, Direktorin des Zentrums für neurokognitive Forschung an der Psychologischen und Pädagogischen Universität der Stadt Moskau. "Selbst die kleinsten medizinischen und wissenschaftlichen Einrichtungen können sich die MEG-Installation leisten." Ihrer Meinung nach wird eine mehrfache Zunahme des Volumens von MEG-Studien auf der ganzen Welt
einen qualitativen Sprung auf dem Gebiet des menschlichen Wissens über sein Gehirn unvermeidlich machen .