传感器为发现大脑疾病的生物标志物引入了重要的新方法

萨塞克斯大学的科学家首次证明了大脑信号发出的准确时间，这对追踪大脑疾病的发病有意义

量子脑传感器可能成为脑电图（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）扫描仪更高效、更准确的替代方案

萨塞克斯大学11月19日消息

新的高灵敏度的脑量子传感器，未来可能能够通过发现信号在大脑中传播的速度减慢来识别大脑疾病，如失智症、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和帕金森病。萨塞克斯大学（University of Sussex）量子物理学家领导的一篇论文的研究结果发表在《科学报告》（Scientific Reports）杂志上。

研究于2021年11月17日发表在《Scientific Reports》（最新影响因子：4．379）杂志上

科学家们正在研发的量子扫描仪可以探测到神经元放电时产生的磁场。他们测量大脑中每一刻的变化，追踪信号在大脑中移动的速度。这个时间元素很重要，因为它意味着病人可以隔几个月进行两次扫描，以检查他们的大脑活动是否减慢。这种信号传播速度的减慢可能是阿尔茨海默病或其他脑部疾病的征兆。

通过这种方式，该技术引入了一种新的方法来发现早期健康问题的生物标志物。

萨塞克斯大学数学和物理科学学院（School of Mathematical and Physical Sciences）及布莱顿和苏塞克斯医学院（Brighton and Sussex Medical School）的博士研究员 Aikaterini Gialopsou ，是这篇论文的第一作者。谈到这个发现，她说：

Aikaterini Gialopsou 博士

“我们首次展示了量子传感器可以在空间和时间方面产生高度精确的结果。虽然其他团队已经展示了在大脑中定位信号方面的好处，但这是第一次证明量子传感器在信号的时间方面也如此准确。”

“这对关注大脑疾病发展的医生和患者来说意义重大。”

这些量子传感器被认为比脑电图（EEG）或功能磁共振成像（fMRI）扫描仪更精确，部分原因是这些传感器可以更接近头骨。传感器离大脑越近，不仅可以提高空间分辨率，还可以提高结果的时间分辨率。这种时间和空间精度的双重提高意义重大，因为它意味着大脑信号可以通过其他类型的传感器无法达到的方式进行跟踪。

“正是量子技术使得这些传感器如此精确，”萨塞克斯大学量子系统与设备（Quantum Systems and Devices）实验室负责人 Peter Kruger 教授解释道。他补充说：

“传感器含有一种铷原子气体。激光束照射在原子上，当原子在磁场中发生变化时，它们发出不同的光。放射光的波动揭示了大脑磁场活动的变化。量子传感器的精确度在几毫秒内，几毫米之内。”

扫描仪背后的技术被称为脑磁图（MEG）。将脑磁图技术与这些新的量子传感器相结合，开发了一种探测大脑活动的非侵入性方法。与现有的脑部扫描仪不同——后者向大脑发送信号并记录返回的信号——MEG被动地从外部测量大脑内部发生的情况，消除了目前与侵入性扫描仪有关的一些的健康风险。

目前，脑磁图扫描仪价格昂贵且体积庞大，在临床实践中使用具有挑战性。量子传感器技术的发展对于将扫描仪从高度受控的实验室环境转移到真实的临床环境至关重要。

Gialopsou 补充道：“这是我们的希望。发现量子大脑扫描仪的这种增强功能，为进一步发展打开了大门，可能带来神经科学的量子革命。这一点很重要，因为尽管扫描仪还处于婴儿期，但它对未来的发展具有重要意义，可能导致对大脑疾病的关键早期诊断，如ALS、多发性硬化症（MS）、甚至阿尔茨海默病。这就是我们团队的动力所在。”

创办于1961年的英国萨塞克斯大学

参考文献

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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