سنسورهای کوانتومی فعالیت مغز را با دقت دقیق اندازه گیری می کنند

بر اساس نتایج یک مطالعه دانشگاه ساسکس (انگلستان) می توان از حسگرهای کوانتومی برای نشان دادن نشانگرهای اولیه بیماری های مغزی در فضا و زمان استفاده کرد. محققان نشان دادند که حسگرهای کوانتومی، هنگامی که با مگنتوآنسفالوگرافی (MEG) استفاده می‌شوند، می‌توانند تغییرات در مغز، مانند کاهش سرعت فعالیت مغز را از نظر فضایی و زمانی ردیابی کنند.

به گفته محققان، در آینده، این حسگرها می توانند برای اسکن دوره ای بیماران برای بررسی تغییرات در فعالیت مغز استفاده شوند.

پروفسور پیتر کروگر، سرپرست آزمایشگاه سیستم‌ها و دستگاه‌های کوانتومی در دانشگاه ساسکس، گفت: «سنسورها حاوی گازی از اتم‌های روبیدیم هستند. پرتوهای نور لیزر به اتم ها می تابد، و زمانی که اتم ها تغییراتی را در یک میدان مغناطیسی تجربه می کنند، نور را به طور متفاوتی ساطع می کنند. نوسانات در نور ساطع شده تغییراتی را در فعالیت مغناطیسی در مغز نشان می دهد.

محققان در این کار از دو نوع حسگر استفاده کردند: مغناطیس‌سنج‌های پمپ شده نوری (OPM) و دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID). هر دو برای اندازه گیری پاسخ مغز مورد استفاده قرار گرفتند و هر دو حسگر با MEG، یک تکنیک غیرتهاجمی برای شناسایی و ثبت میدان های مغناطیسی مرتبط با فعالیت الکتریکی در مغز، جفت شدند.

این تیم با استفاده از OPM و SQUID برای اندازه‌گیری پاسخ‌های مغز به محرک‌های فلاش و معکوس الگو، سیگنال‌های بسیار تکرارپذیر را با هماهنگی بین شرکت‌کنندگان مختلف در آزمایش و محرک‌های بصری مختلف مشاهده کردند.

محققان گفتند که معمولاً MEG با آرایه SQUID برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی مغز استفاده می شود. با این حال، در حالی که هر دو حسگر در آزمایش‌ها عملکرد خوبی داشتند، محققان دریافتند که OPM-MEG در ردیابی سیگنال‌های مغز در فضا و زمان بهتر از SQUID-MEG است. آنها معتقدند که دلیل اصلی این امر این است که سنسورهای OPM را می توان نزدیکتر از SQUIDها به قشر بینایی قرار داد.

سپس محققان میدان‌های مغزی برانگیخته بصری را ثبت کردند تا نشان دهند که حسگرهای نزدیک‌تر می‌توانند برای بهبود وضوح زمانی مورد سوء استفاده قرار گیرند. وضوح زمانی OPM ها در مقایسه با SQUID ها بهبودی دو برابری را نشان داد.

آزمایش‌ها نشان داد که OPM-MEG می‌تواند سیگنال‌های عصبی فیزیولوژیکی با منشأ مشترک را در مکان‌های مختلف در زمان‌های مختلف ثبت کند. ضبط همزمان بردار میدان‌های مغزی برانگیخته بصری در قشر بینایی اولیه و انجمنی، جایی که محققان به طور مداوم یک تاخیر زمانی بین 10 تا 20 میلی‌ثانیه پیدا کردند، توانایی ردیابی سیگنال فضایی-زمانی را بهبود بخشید.

آکاترینی جیالوپسو، محقق، گفت: «ما برای اولین بار نشان دادیم که حسگرهای کوانتومی می‌توانند نتایج بسیار دقیقی از نظر مکان و زمان تولید کنند. در حالی که تیم‌های دیگر مزایایی را از نظر مکان‌یابی سیگنال‌ها در مغز نشان داده‌اند، این اولین باری است که حسگرهای کوانتومی از نظر زمان‌بندی سیگنال‌ها تا این اندازه دقیق هستند.

به گفته کروگر، فناوری کوانتومی چیزی است که حسگرها را بسیار دقیق می کند. او گفت: «سنسورهای کوانتومی در چند میلی ثانیه و در چند میلی متر دقیق هستند. حسگرهای بسیار دقیق می‌توانند به دانشمندان اجازه دهند سیگنال‌های مغز را به روش‌هایی ردیابی کنند که برای انواع دیگر حسگرها غیرقابل دسترس است.

به عنوان یک ابزار تحقیقاتی غیرتهاجمی، حسگر کوانتومی OPM-MEG می‌تواند اطلاعاتی در مورد سیگنال‌های انتشار، مکان‌یابی منبع، سرعت عصبی و مدارهای مغزی ارائه دهد. مزایای OPM-MEG می تواند در سطوح تحقیقاتی و بالینی مهم باشد - وضوح مکانی و زمانی بالای آن می تواند به دانشمندان اجازه دهد تا شبکه های عصبی را بهتر بررسی کنند. همچنین می تواند در جمعیت های بالینی در مراحل مختلف یک بیماری استفاده شود.

علاوه بر این، در بیماران با علائم شناختی خفیف، حسگرها می توانند برای نظارت بر پیشرفت بیماری در طول سال ها و ارزیابی پاسخ درمانی استفاده شوند. در مرحله پیش بالینی، حسگرها می توانند برای شناسایی نشانگرهای زیستی بالقوه برای افرادی که در معرض خطر ابتلا به بیماری مانند بیماری آلزایمر هستند، استفاده شود.

جیالوپسو گفت: "امید ما با این پیشرفت است که با کشف این عملکرد پیشرفته اسکنرهای مغز کوانتومی، دری به روی پیشرفت‌های بیشتری باز شود که می‌تواند انقلاب کوانتومی در علوم اعصاب ایجاد کند." این مهم به این دلیل است که اگرچه اسکنرها در مراحل ابتدایی خود هستند، اما پیامدهایی برای پیشرفت‌های آینده دارد که می‌تواند منجر به تشخیص زودهنگام حیاتی بیماری‌های مغزی مانند ALS، MS و حتی آلزایمر شود. این چیزی است که به ما به عنوان یک تیم انگیزه می دهد."