傳感器為發現大腦疾病的生物標志物引入了重要的新方法
? 傳感器為發現大腦疾病的生物標志物引入了重要的新方法
? 薩塞克斯大學的科學家首次證明了大腦信號發出的準確時間，這對追蹤大腦疾病的發病有意義
? 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、更準確的替代方案
薩塞克斯大學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現信號在大腦中傳播的速度減慢來識別大腦疾病，如失智癥、肌萎縮側索硬化癥（ALS）和帕金森病。薩塞克斯大學（University of Sussex）量子物理學家領導的一篇論文的研究結果發表在《科學報告》（Scientific Reports）雜志上。
研究于2021年11月17日發表在《Scientific Reports》（最新影響因子：4．379）雜志上
科學家們正在研發的量子掃描儀可以探測到神經元放電時產生的磁場。他們測量大腦中每一刻的變化，追蹤信號在大腦中移動的速度。這個時間元素很重要，因為它意味著病人可以隔幾個月進行兩次掃描，以檢查他們的大腦活動是否減慢。這種信號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，該技術引入了一種新的方法來發現早期健康問題的生物標志物。
薩塞克斯大學數學和物理科學學院（School of Mathematical and Physical Sciences）及布萊頓和蘇塞克斯醫學院（Brighton and Sussex Medical School）的博士研究員 Aikaterini Gialopsou ，是這篇論文的第一作者。談到這個發現，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間方面產生高度精確的結果。雖然其他團隊已經展示了在大腦中定位信號方面的好處，但這是第一次證明量子傳感器在信號的時間方面也如此準確。”
“這對關注大腦疾病發展的醫生和患者來說意義重大。”
這些量子傳感器被認為比腦電圖（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，還可以提高結果的時間分辨率。這種時間和空間精度的雙重提高意義重大，因為它意味著大腦信號可以通過其他類型的傳感器無法達到的方式進行跟蹤。
“正是量子技術使得這些傳感器如此精確，”薩塞克斯大學量子系統與設備（Quantum Systems and Devices）實驗室負責人 Peter Kruger 教授解釋道。他補充說：
“傳感器含有一種銣原子氣體。激光束照射在原子上，當原子在磁場中發生變化時，它們發出不同的光。放射光的波動揭示了大腦磁場活動的變化。量子傳感器的精確度在幾毫秒內，幾毫米之內。”
掃描儀背后的技術被稱為腦磁圖（MEG）。將腦磁圖技術與這些新的量子傳感器相結合，開發了一種探測大腦活動的非侵入性方法。與現有的腦部掃描儀不同——后者向大腦發送信號并記錄返回的信號——MEG被動地從外部測量大腦內部發生的情況，消除了目前與侵入性掃描儀有關的一些的健康風險。
目前，腦磁圖掃描儀價格昂貴且體積龐大，在臨床實踐中使用具有挑戰性。量子傳感器技術的發展對于將掃描儀從高度受控的實驗室環境轉移到真實的臨床環境至關重要。
Gialopsou 補充道：“這是我們的希望。發現量子大腦掃描儀的這種增強功能，為進一步發展打開了大門，可能帶來神經科學的量子革命。這一點很重要，因為盡管掃描儀還處于嬰兒期，但它對未來的發展具有重要意義，可能導致對大腦疾病的關鍵早期診斷，如ALS、多發性硬化癥（MS）、甚至阿爾茨海默病。這就是我們團隊的動力所在。”
創辦于1961年的英國薩塞克斯大學
參考文獻
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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