Miniczujnik do pomiaru pola elektromagnetycznego mózgu

W amerykańskim Narodowym Instytucie Standardów i Technologii (NIST) powstało ulepszone urządzenie do rejestrowania promieniowania elektromagnetycznego mózgu. Testy naukowców z Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) w Berlinie wykazały, że dzięki niemu można wykrywać zarówno pole magnetyczne powstające podczas aktywności spontanicznej, jak i wywołanej.

Niemcy uważają, że urządzenie wielkości kostki cukru wspomoże diagnostykę neurologiczną i badanie przepływu prądu w ramach procesów poznawczych.

Przewaga magnetometru atomowego CSAM (od ang. Chip-scale Atomic Magnetometer) nad stosowaną dotąd krioelektroniką jest oczywista - urządzenie pracuje w temperaturach pokojowych. Czujnik mierzy wywołane polem magnetycznym zmiany w absorpcji gazowego ogniwa rubidowego.

Dotąd słabe pola magnetyczne mierzono za pomocą stanowiących złoty standard kwantowych przyrządów nadprzewodnikowych SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Z technicznego punktu widzenia są one nadprzewodnikowymi kwantowymi interferometrami. Ponieważ do pracy wymagają one bardzo niskich temperatur bliskich zeru bezwzględnemu (optymalne warunki to -269 st. Celsjusza), w porównaniu do CSAM-ów są drogie i mniej wszechstronne. "Raczkujący" CSAM-y nie są na razie tak dokładne jak ich kwantowi koledzy, ale za jakiś czas może się to zmienić.

Ze względu na wymogi związane z chłodzeniem SQUID-y trzeba trzymać kilka centymetrów od ludzkiego ciała. Magnetometry atomowe CSAM umieszcza się tuż przy nim. Z oczywistych względów zwiększa to amplitudę sygnału.

Przed dwoma laty badacze z NIST i PTB testowali możliwości wcześniejszego modelu CSAM. Udało się wtedy zmierzyć pole magnetyczne ludzkiego serca. W obecnym studium czujnik znajdował się w odległości 4 mm od głów zdrowych ochotników. Z tyłu głowy wykryto pola magnetyczne fal alfa (badani otwierali wtedy i zamykali oczy). W innej próbie zidentyfikowano pole towarzyszące przetwarzaniu bodźca dotykowego; wcześniej naukowcy dotykali dłoni swoich królików doświadczalnych. Wyniki uzyskiwane za pomocą CSAM weryfikowano, przeprowadzając równolegle magnetoencefalografię, która na razie stoi na SQUID-ach. Gdy czujniki zostaną ulepszone, ciężkie hełmy do magnetoencefalografii odejdą do lamusa, wyparte przez dużo lżejsze i tańsze aparaty w wersji CSAM.

Miniczujnik, który właśnie przeszedł chrzest bojowy, składa się z pojemnika z ok. 100 mld atomów rubidu w stanie gazowym, lasera podczerwieni małej mocy i światłowodów. Zasada działania jest prosta: atomy absorbują więcej światła, gdy wzrasta natężenie pola magnetycznego. Od 2010 r. CSAM ulepszono, przeprojektowując podgrzewacz odparowujący atomy oraz zmieniając światłowody, tak by zwiększyć czystość sygnału. Podczas przeprowadzanych w Berlinie testów wykrywano pole magnetyczne o natężeniu ok. 1 pikotesli. Zespół z NIST ma nadzieję, że po zwiększeniu ilości wykrywanego światła możliwości CSAM wzrosną mniej więcej 10-krotnie. Wtedy miniczujniki dorównałyby dokładnością SQUID-om.

CSAM pole elektromagnetyczne mózg NIST czujnik sensor SQUID