Kvantesensorer indvarsler ny generation af bærbare hjernebilleddannelsessystemer

Forskere ved University of Nottingham arbejder sammen med University College London (UCL) om et femårigt projekt, der har potentiale til at revolutionere verden af ​​menneskelig hjernebilleddannelse.

Magnetoencefalografi (MEG) er en teknik til kortlægning af hjerneaktivitet - den måler de magnetiske felter, der genereres af elektriske strømme, der forekommer naturligt i hjernen. En £ 1,6 mio. Collaborative Award in Science fra Wellcome finansierer opførelsen af ​​en ny type MEG -scanner, som, hvis det lykkes, kunne firdoblet følsomheden af ​​de nuværende avancerede enheder.

Dr. Matthew Brookes og professor Richard Bowtell, på School of Physics and Astronomy leder forskningen i Nottingham, hvor de allerede har designet og bygget en 3D-trykt prototype bærbar hjelm og er i de meget tidlige stadier af udviklingen af ​​det nye MEG-system. Billeder er tilgængelige via dette dropbox -link.

Dr Brookes sagde:"Kvanteteknologi har gjort det muligt at udvikle en ny type optisk sensor, der har følsomhed til at detektere de svage magnetfelter fra hjernen. I modsætning til nuværende teknologi, disse nye sensorer kan fungere ved stuetemperatur, så de kan placeres direkte på hovedbundens overflade. Vores beregninger viser, at ved at få sensorerne tættere på hovedet kan vi firedoble følsomheden af ​​feltdetektering. Dette vil revolutionere den slags effekt, som vi er i stand til at opdage fra den menneskelige hjerne. "

De fleste nuværende MEG -systemer er besværlige, bygget omkring en lille boring, hvori en deltagers hoved forsigtigt klemmes, fordi sensorerne, som skal holdes på minus 269 grader, ikke kan flyttes. Det er en statisk, one-size-fits-all system. Dette kunstige miljø begrænser både de faggrupper, der kan scannes, og de eksperimentelle spørgsmål, der kan behandles.

Piloteksperimenter viste potentiale for nye kvantesensorer

Samarbejdsteamet begyndte at arbejde på dette område for 2 år siden, vurdering af kvantesensorers potentiale i beregningssimuleringer. Efter dette, ved hjælp af pumpestimuleringsfinansiering fra UCL og University of Nottingham, teamet købte et lille antal kvantesensorer, og brugte dem til at vise, eksperimentelt, at den forventede forbedring i følsomhed kan blive en realitet. Baseret på disse pilotdata, de har nu modtaget Wellcome-prisen for at konstruere et fuldt funktionelt multi-channel MEG-system baseret på kvantesensorer-heraf £ 800, 000 finansierer arbejdet i Nottingham.

Mens den fysikbaserede udvikling, der er nødvendig for at få scanneren til at fungere, udføres i Nottingham, eksperter på UCL udfører detaljeret beregningsmæssig og teoretisk modellering af hjernen for at ramme neurovidenskaben og fastslå, hvilke neurovidenskabelige spørgsmål der kan behandles.

En kæmpe og udfordrende opgave venter

Forskningsprojektet, 'Bevægelse af funktionel hjernebilleddannelse til den virkelige verden:En bærbar, kryogenfri, MEG -system ', ledes af professor Gareth Barnes, i Wellcome Trust Center for Neuroimaging ved UCL. Han sagde:"Realiseringen af ​​dette system er enorm, men ekstremt spændende, udfordring, med potentiale til at revolutionere hjernens billeddannelsesfelt. Vores simuleringer og piloteksperimenter har allerede vist det unikke potentiale ved de nye kvantesensorer. "

Professor Barnes fortsatte:"Vores scanner bæres på hovedet som en hjelm, betyder, at emner kan påtage sig opgaver, mens de bevæger sig frit i et åbent og naturligt miljø. "

Den nye scanner har potentiale til at revolutionere hjernebilleddannelse for alle emner, men vil være særlig nyttig hos børn. Professor Richard Bowtell, Grant-medansøger og direktør for Sir Peter Mansfield Imaging Center i Nottingham sagde:"Fordi MEG-systemer i det væsentlige er 'one size fits all', følsomhed er begrænset for personer med mindre hoveder, såsom spædbørn, da deres hoveder er længere væk fra detektorerne. Kvantesensorer ved stuetemperatur kan monteres direkte på hovedet på ethvert motiv. Dette vil give os en forventet firdobling i følsomhed for voksne, men følsomheden kan potentielt være op til en 15 eller 20 gange stigning for børn eller babyer. "

Den første fase af deres arbejde er allerede blevet offentliggjort. Hvad forskergruppen virkelig vil gøre, er at omsætte denne teknologi til neurovidenskab og i sidste ende et klinisk værktøj til tilstande som lægemiddelresistent epilepsi og skizofreni.