未来，用于大脑的新型高灵敏度量子传感器可能能够发现信号在大脑的速度减慢，从而识别大脑疾病，例如痴呆症、肌萎缩侧索硬化症和帕金森氏症。萨塞克斯大学（University of Sussex）量子物理学家领导的一篇论文的研究结果发表在《Scientific Reports》上。
科学家们正在开发的量子扫描仪可以检测神经元激发时产生的磁场。他们测量大脑中每时每刻的变化，跟踪信号在大脑中移动的速度。这个时间元素很重要，因为这意味着可以在几个月内对患者进行两次扫描，以检查他们的大脑活动是否正在减慢。这种减慢可能是阿尔茨海默氏症或其他大脑疾病的征兆。
(a) Flash 和 (b) 模式反转刺激方案。 (c) 一名参与者戴着包含 OPM 设备的 3D 打印头盔。 红色突出显示的单元格显示用于研究的传感器位置，即 Oz 和 POz。Te 传感器分别放置在初级视觉皮层和视觉联合皮层上。 (d) 参与者 1 的 MRI 扫描的 3D 渲染，显示了 OPM 传感器 1 和 2 的大致位置，头皮传感器间隔约为5mm。 重建的视辐射也以红色显示。 (e) Te Yokogawa SQUID-MEG 系统。 (f) SQUID-MEG 系统示意图，显示传感器与头皮的距离约为 50mm。
通过这种方式，该技术引入了一种新方法来发现早期健康问题的生物标志物。
研究人员Aikaterini Gialopsou 是该论文的第一作者。她谈到这一发现时说：“我们首次证明了量子传感器可以在空间和时间方面产生高度精确的结果。虽然其他团队已经展示了在大脑中定位信号方面的好处，但这是第一次证明量子传感器在信号时间方面也如此准确。”
OPM-MEG 和 SQUID-MEG 为参与者 1 在单次测量运行（300 次试验）中为快速刺激记录的平均诱发场。使用 OPM 传感器（蓝线）和相应的 SQUID 传感器（红线）在 Oz 处测量 VEF。阴影区域显示标准误差。
“这对关注大脑疾病发展的医生和患者来说意义重大。”
这些量子传感器被认为比EEG 或 fMRI 扫描仪更精确，部分原因是传感器可以更靠近头骨。传感器与大脑的距离越近，不仅可以提高结果的空间分辨率，还可以提高时间分辨率。这种时间和空间精度的双重改进非常重要，因为这意味着可以以其他类型传感器无法访问的方式跟踪大脑信号。
萨塞克斯大学的Peter Kruger教授表示，“正是量子技术使得这些传感器如此精确，传感器含有一种铷原子气体。激光束照射在原子上，当原子在磁场中发生变化时，它们发出不同的光。放射光的波动揭示了大脑磁场活动的变化。量子传感器的精确度在毫秒内和毫米之内。”
模式反转刺激期间的视觉诱发反应由：（a）OPM-MEG 和（b）参与者 1 的 SQUID-MEG 记录.
扫描仪背后的技术被称为脑磁图(MEG)。将脑磁图技术与这些新的量子传感器相结合，开发了一种探测大脑活动的非侵入性方法。与现有的脑部扫描仪（将信号发送到大脑并记录返回的内容）不同，MEG 从外部被动地测量内部发生的事情，消除了目前使用侵入性扫描仪对某些患者带来的健康风险。
目前 MEG 扫描仪价格昂贵且体积庞大，这使得它们在临床实践中的使用具有挑战性。量子传感器技术的发展对于将扫描仪从高度受控的实验室环境转移到真实的临床环境至关重要。
Gialopsou补充道“发现量子大脑扫描仪的这种增强功能，为进一步发展打开了大门，这可能会带来神经科学的量子革命。这很重要，因为尽管扫描仪还处于起步阶段，但它对未来的发展具有重要意义，可能引发对大脑疾病的关键早期诊断，如ALS, MS，甚至阿尔茨海默病。”
参考：
Aikaterini Gialopsou et al, Improved spatio-temporal measurements of visually evoked fields using optically-pumped magnetometers, Scientific Reports (2021).
DOI: 10.1038/s41598-021-01854-7
https://medicalxpress.com/news/2021-11-quantum-brain-sensors-crucial-dementia.html
