俄罗斯研究人员首次报道一种超精确的大脑成像工具

俄罗斯研究人员的一个联合小组提出了一种新型的在室温下工作的超灵敏固体磁强计。研究人员第一次用它来检测和记录脑电活动，这种技术被称为脑磁图描记术，有了这种新设备，这种技术的成本可以降低几十倍。

　　

   

   

来自俄罗斯量子中心、Skoltech和高等经济学院的一个联合小组提出了一种新型的在室温下运行的超灵敏固体磁强计。研究人员首次使用它来检测和记录脑电活动，这种技术被称为脑磁图描记术，有了这种新设备，这种技术的成本可以降低几十倍。这篇论文发表在《人类大脑图谱》杂志上。

与用于研究大脑电活动的其他类似技术相比，脑磁图描记术(MEG)的高准确度是其关键优势。生物组织对磁场是透明的。然而，世界上只有非常有限的实验室拥有MEG设备，这些设备要么使用极冷的液氦，要么使用高温气体，非常昂贵，而且很难制造。

俄罗斯量子中心(RQC)的一个团队利用钇铁石榴石薄膜开发了一种新的传感器。这是世界上第一台固态超敏室温磁力仪。它基于量子传感器，能够记录大脑中非常微弱或深度的电源。由于其动态范围宽，该装置需要更少的磁屏蔽，这意味着硬件和整个研究基础设施的成本更低。

为了测试这种新型传感器的实际作用，斯科尔泰克和高等经济学院的研究人员进行了一项实验研究，测量了一个简单的大脑感应场——阿尔法节律——它在大脑后部构成了正弦电流。该传感器成功地检测到了阿尔法节律的开始，并得到了其他方法的验证。

在未来，该团队计划研究各种传感器的配置，包括在病人头部放置一种柔性带式装置，以确保在检测大脑皮层中电活动的确切位置时具有最大的效率和准确性。目前的研究结果要求进一步探索该技术，并逐步开发基于固态传感器的脑磁图设备，这将标志着无创神经成像和神经界面的重要一步。

“该传感器的最初概念是由项目工程主管彼得·维托什科(Pyotr Vetoshko)在90年代中期提出的。目前，全球对MEG系统的兴趣正在稳步增长，正如关键市场数据所证实的那样:MEG市场在2017年估计为6亿美元，预计到2025年将达到13亿美元。虽然我们的量子设备和经典的磁通门传感器有相似的工作原理，但在我们的案例中，量子交换相互作用帮助检测到的磁场强度比传统解决方案低1000倍。此外，它的高灵敏度加上经典磁通门传感器的所有优点，使我们的设备成为真正的通用磁强计，非常适合大脑研究。”RQC项目负责人Maxim Ostras说。

“与现有系统相比，即使是传感器的第一个原型，在某些情况下也显示出更高的MEG灵敏度，再加上其简单性和固态特性，表明基于该技术的系统具有光明的未来。当然,仍有很多工作要做,包括进一步研究传感器的物理性质和发展的一个新的数学信号处理装置,确保高效这个新的特定类型的磁强计,“助理教授,Nikolay Koshev Skoltech的评论。

“考虑到新型传感器的潜在低成本和高可靠性，我们希望更广泛的用户受众能够买得起MEG。这意味着病人、医生和研究人员将拥有一种功能性的大脑绘图工具，能够以毫米精度检测神经网络和神经元活动的来源。这将有助于提高医疗保健的质量和各种神经系统疾病诊断的准确性,包括癫痫、并将给新的动力研究人类大脑的运作在健康和疾病,”教授阿列克谢?Ossadtchi中心主任生物高等经济学院的接口,笔记。

来自俄罗斯量子中心、Skoltech和高等经济学院的一个联合小组提出了一种新型的在室温下运行的超灵敏固体磁强计。研究人员首次使用它来检测和记录脑电活动，这种技术被称为脑磁图描记术，有了这种新设备，这种技术的成本可以降低几十倍。这篇论文发表在《人类大脑图谱》杂志上。

与用于研究大脑电活动的其他类似技术相比，脑磁图描记术(MEG)的高准确度是其关键优势。生物组织对磁场是透明的。然而，世界上只有非常有限的实验室拥有MEG设备，这些设备要么使用极冷的液氦，要么使用高温气体，非常昂贵，而且很难制造。

俄罗斯量子中心(RQC)的一个团队利用钇铁石榴石薄膜开发了一种新的传感器。这是世界上第一台固态超敏室温磁力仪。它基于量子传感器，能够记录大脑中非常微弱或深度的电源。由于其动态范围宽，该装置需要更少的磁屏蔽，这意味着硬件和整个研究基础设施的成本更低。

为了测试这种新型传感器的实际作用，斯科尔泰克和高等经济学院的研究人员进行了一项实验研究，测量了一个简单的大脑感应场——阿尔法节律——它在大脑后部构成了正弦电流。该传感器成功地检测到了阿尔法节律的开始，并得到了其他方法的验证。

在未来，该团队计划研究各种传感器的配置，包括在病人头部放置一种柔性带式装置，以确保在检测大脑皮层中电活动的确切位置时具有最大的效率和准确性。目前的研究结果要求进一步探索该技术，并逐步开发基于固态传感器的脑磁图设备，这将标志着无创神经成像和神经界面的重要一步。

“该传感器的最初概念是由项目工程主管彼得·维托什科(Pyotr Vetoshko)在90年代中期提出的。目前，全球对MEG系统的兴趣正在稳步增长，正如关键市场数据所证实的那样:MEG市场在2017年估计为6亿美元，预计到2025年将达到13亿美元。虽然我们的量子设备和经典的磁通门传感器有相似的工作原理，但在我们的案例中，量子交换相互作用帮助检测到的磁场强度比传统解决方案低1000倍。此外，它的高灵敏度加上经典磁通门传感器的所有优点，使我们的设备成为真正的通用磁强计，非常适合大脑研究。”RQC项目负责人Maxim Ostras说。

“与现有系统相比，即使是传感器的第一个原型，在某些情况下也显示出更高的MEG灵敏度，再加上其简单性和固态特性，表明基于该技术的系统具有光明的未来。当然,仍有很多工作要做,包括进一步研究传感器的物理性质和发展的一个新的数学信号处理装置,确保高效这个新的特定类型的磁强计,“助理教授,Nikolay Koshev Skoltech的评论。

“考虑到新型传感器的潜在低成本和高可靠性，我们希望更广泛的用户受众能够买得起MEG。这意味着病人、医生和研究人员将拥有一种功能性的大脑绘图工具，能够以毫米精度检测神经网络和神经元活动的来源。这将有助于提高医疗保健的质量和各种神经系统疾病诊断的准确性,包括癫痫、并将给新的动力研究人类大脑的运作在健康和疾病,”教授阿列克谢?Ossadtchi中心主任生物高等经济学院的接口,笔记。

DOI 10.1002 / hbm.25582

Evolution of MEG: A first MEG-feasible fluxgate magnetometer