? 傳感器為發(fā)現(xiàn)大腦疾病的生物標(biāo)志物引入了重要的新方法

? 薩塞克斯大學(xué)的科學(xué)家首次證明了大腦信號(hào)發(fā)出的準(zhǔn)確時(shí)間，這對(duì)追蹤大腦疾病的發(fā)病有意義

? 量子腦傳感器可能成為腦電圖（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）掃描儀更高效、更準(zhǔn)確的替代方案

薩塞克斯大學(xué)11月19日消息

新的高靈敏度的腦量子傳感器，未來可能能夠通過發(fā)現(xiàn)信號(hào)在大腦中傳播的速度減慢來識(shí)別大腦疾病，如失智癥、肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）和帕金森病。薩塞克斯大學(xué)（University of Sussex）量子物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一篇論文的研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）雜志上。

研究于2021年11月17日發(fā)表在《Scientific Reports》（最新影響因子：4．379）雜志上

科學(xué)家們正在研發(fā)的量子掃描儀可以探測(cè)到神經(jīng)元放電時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。他們測(cè)量大腦中每一刻的變化，追蹤信號(hào)在大腦中移動(dòng)的速度。這個(gè)時(shí)間元素很重要，因?yàn)樗�意味著病人可以隔幾個(gè)月進(jìn)行兩次掃描，以檢查他們的大腦活動(dòng)是否減慢。這種信號(hào)傳播速度的減慢可能是阿爾茨海默病或其他腦部疾病的征兆。

通過這種方式，該技術(shù)引入了一種新的方法來發(fā)現(xiàn)早期健康問題的生物標(biāo)志物。

薩塞克斯大學(xué)數(shù)學(xué)和物理科學(xué)學(xué)院（School of Mathematical and Physical Sciences）及布萊頓和蘇塞克斯醫(yī)學(xué)院（Brighton and Sussex Medical School）的博士研究員 Aikaterini Gialopsou ，是這篇論文的第一作者。談到這個(gè)發(fā)現(xiàn)，她說：

Aikaterini Gialopsou 博士

“我們首次展示了量子傳感器可以在空間和時(shí)間方面產(chǎn)生高度精確的結(jié)果。雖然其他團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了在大腦中定位信號(hào)方面的好處，但這是第一次證明量子傳感器在信號(hào)的時(shí)間方面也如此準(zhǔn)確�！�

“這對(duì)關(guān)注大腦疾病發(fā)展的醫(yī)生和患者來說意義重大�！�

這些量子傳感器被認(rèn)為比腦電圖（EEG）或功能磁共振成像（fMRI）掃描儀更精確，部分原因是這些傳感器可以更接近頭骨。傳感器離大腦越近，不僅可以提高空間分辨率，還可以提高結(jié)果的時(shí)間分辨率。這種時(shí)間和空間精度的雙重提高意義重大，因?yàn)樗�意味著大腦信號(hào)可以通過其他類型的傳感器無法達(dá)到的方式進(jìn)行跟蹤。

“正是量子技術(shù)使得這些傳感器如此精確，”薩塞克斯大學(xué)量子系統(tǒng)與設(shè)備（Quantum Systems and Devices）實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人 Peter Kruger 教授解釋道。他補(bǔ)充說：

“傳感器含有一種銣原子氣體。激光束照射在原子上，當(dāng)原子在磁場(chǎng)中發(fā)生變化時(shí)，它們發(fā)出不同的光。放射光的波動(dòng)揭示了大腦磁場(chǎng)活動(dòng)的變化。量子傳感器的精確度在幾毫秒內(nèi)，幾毫米之內(nèi)。”

掃描儀背后的技術(shù)被稱為腦磁圖（MEG）。將腦磁圖技術(shù)與這些新的量子傳感器相結(jié)合，開發(fā)了一種探測(cè)大腦活動(dòng)的非侵入性方法。與現(xiàn)有的腦部掃描儀不同——后者向大腦發(fā)送信號(hào)并記錄返回的信號(hào)——MEG被動(dòng)地從外部測(cè)量大腦內(nèi)部發(fā)生的情況，消除了目前與侵入性掃描儀有關(guān)的一些的健康風(fēng)險(xiǎn)。

目前，腦磁圖掃描儀價(jià)格昂貴且體積龐大，在臨床實(shí)踐中使用具有挑戰(zhàn)性。量子傳感器技術(shù)的發(fā)展對(duì)于將掃描儀從高度受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境轉(zhuǎn)移到真實(shí)的臨床環(huán)境至關(guān)重要。

Gialopsou 補(bǔ)充道：“這是我們的希望。發(fā)現(xiàn)量子大腦掃描儀的這種增強(qiáng)功能，為進(jìn)一步發(fā)展打開了大門，可能帶來神經(jīng)科學(xué)的量子革命。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)楸M管掃描儀還處于嬰兒期，但它對(duì)未來的發(fā)展具有重要意義，可能導(dǎo)致對(duì)大腦疾病的關(guān)鍵早期診斷，如ALS、多發(fā)性硬化癥（MS）、甚至阿爾茨海默病。這就是我們團(tuán)隊(duì)的動(dòng)力所在�！�

創(chuàng)辦于1961年的英國薩塞克斯大學(xué)

參考文獻(xiàn)

Source：University of Sussex

Quantum brain sensors could spot dementia after University of Sussex scientists find they track brain waves

Reference：

Gialopsou， A．， Abel， C．， James， T．M． et al． Improved spatio－temporal measurements of visually evoked fields using optically－pumped magnetometers． Sci Rep 11， 22412 （2021）． https：／／doi．org／10．1038／s41598－021－01854－7

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