Forskere bygger den første modulære kvantehjernesensor, optage signal

Et team af forskere ved University of Sussex har for første gang bygget en modulær kvantehjernescanner, og brugte det til at optage et hjernesignal. Det er første gang, et hjernesignal er blevet detekteret ved hjælp af en modulær kvantehjernesensor overalt i verden. Det er en vigtig milepæl for alle forskere, der arbejder med kvantehjernebilledteknologi, fordi modulære sensorer kan skaleres op, som legoklodser. Holdet har også forbundet to sensorer som legoklodser, beviser, at helhjernescanning ved hjælp af denne metode er inden for rækkevidde - som beskrevet i deres papir, som udkommer i dag i fortryk. Dette har ikke været muligt med de i øjeblikket kommercielt tilgængelige kvantehjernesensorer fra USA.

Disse modulære enheder fungerer som legeklodser, idet de kan forbindes sammen. Dette åbner potentialet for helhjernescanning ved hjælp af kvanteteknologi, og potentielle fremskridt for neurodegenerative sygdomme som Alzheimers.

Enheden, som blev bygget på Quantum Systems and Devices -laboratoriet på universitetet, bruger ultrafølsomme kvantesensorer til at opfange disse mindste magnetiske felter for at se inde i hjernen for at kortlægge den neurale aktivitet.

Holdet anvendte sensorerne uden for en deltagers hovedbund, tæt på den visuelle cortex i hjernen. De bad deltageren om at åbne og lukke øjnene med 10–20 sekunders mellemrum, og var i stand til at registrere et signal. Dette er en meget simpel handling, men at se det ske inde i hjernen – udefra – kræver enormt sofistikeret kvanteteknologi.

Thomas Coussens ph.d. studerende ved University of Sussex, hvem byggede sensoren, forklaret:

"Vores kvantesensor skal være usædvanligt følsom for at opfange magnetfelterne i hjernen, som faktisk er meget svage. For at sætte det ind i kontekst, magnetfeltet i en hjerne er en billion gange lavere end for en køleskabsmagnet.

"Fordi vores enhed indtil videre er unik, fordi den er modulopbygget - og vi har vist, at modulariteten virker ved at forbinde to sensorer sammen - planlægger vi nu at skalere dette projekt op ved at bygge flere sensorer for at gøre dette til et helt hjernebilleddannelsessystem Dette kunne give betydelige fremskridt med hensyn til at opdage og levere behandling for neurodegenerative sygdomme såsom Alzheimers.

"Dette er kulminationen på mange måneders hårdt arbejde, og jeg er begejstret for at se vores første hjernesignal ved hjælp af vores helt egne kvantesensorer bygget udelukkende af os her på University of Sussex."

Professor Peter Krüger, Eksperimentel fysiker og direktør for Sussex-programmet for kvanteforskning ved University of Sussex forklarede:

"Da vores sensor fungerer på modulbasis, vi vil nu være i stand til at skalere det op for at skabe meget mere detaljerede billeder af hjernen eller dele af hjernen. Det kan du ikke gøre med det aktuelle kommercielle produkt, der er tilgængeligt. Denne nye sensor bygget på University of Sussex åbner døren for UK-producerede kvantesensorer, enormt vigtig i det bredere britiske kvanteteknologilandskab.

"At have denne sensor er et stort skridt til yderligere tværfaglige undersøgelser, der involverer forskere lige fra bevidsthedsforskere og ingeniører til neurovidenskabsmænd, hvilket er meget i ånden af, hvordan vi tackler forskning her på Sussex."

Professor Kai Bongs, Principal Investigator ved UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing, sagde:

"Vi er glade for denne banebrydende udvikling af Hub-forskere ved University of Sussex. Disse succeser hjælper betydeligt med at fremme det britiske kvanteøkosystem, bringer os et skridt tættere på at udnytte kvantesensorteknologi i kliniske applikationer, der vil have reel samfundsmæssig indvirkning. At opbygge en stærk kvantehjerne -billeddannelse i Storbritannien er et godt eksempel på vores samarbejde. "

Den kvantemagnetiske sensor bruger et optisk pumpet magnetometer inde i et magnetisk skjold for at reducere miljømagnetiske felter og sikre, at de ikke bliver detekteret. Enkelt sagt, sensoren virker ved at sætte en damp i en kvantetilstand, at skinne en laserstråle igennem den og bruge en fotodetektor til at se, hvor meget lys der er gået igennem. Hvordan atomdampen interagerer med laserlyset meget følsomt afhænger af magnetfeltet. De små elektriske strømme i neuronerne i hjernen fører til meget små magnetfelter selv uden for hjernen, hvilket er, hvad sensoren opfanger.