تشخیص ناهنجاری‌های مغز با الماس‌های لیزری

به گزارش مجله خبری نگار، به نقل از آی‌ای، پژوهشگران موسسه فناوری سلطنتی ملبورن (RMIT) و موسسه فرانهوفر در آلمان، در یک تلاش مشترک چند ملیتی، حسگر الماسی جدیدی مبتنی بر لیزر ساخته‌اند که می‌تواند میدان‌های مغناطیسی را تا ۱۰ برابر بهتر از ابزار‌های امروزی اندازه‌گیری کند.

اندازه‌گیری میدان مغناطیسی امروزه به طور گسترده در زمینه پزشکی کاربرد دارد. تصویربرداری تشدید مغناطیسی یا همان ام‌آرآی (MRI) که ترکیبی از استفاده از آهنربا و امواج رادیویی برای مشاهده اندام‌ها و ساختار‌های داخل بدن است، به ابزار مهمی برای بررسی مغز و نخاع و جستجوی علائم اولیه بیماری‌ها تبدیل شده است.

از سوی دیگر، با پیشرفت‌های فناوری پزشکی اکنون می‌توانیم میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط جریان‌های الکتریکی داخل مغزمان را نیز اندازه‌گیری کنیم. با استفاده از تکنیکی به نام مگنتوآنسفالوگرافی (MEG) یا مغناطیس‌نگاری مغزی، پزشکان اکنون می‌توانند فعالیت مغز را نقشه‌برداری و مکان‌هایی را جستجو و کاوش کنند که ممکن است منشاء تشنج‌های بیماری صرع باشند یا نورون‌های ناکارآمد را در طول فعالیت‌های عادی در مغز شناسایی کنند.

مغناطیس‌نگاری مغزی یا مگنتوانسفالوگرافی یک فن تصویربرداری عصبی کارکردی برای نقشه‌برداری فعالیت‌های مغز با ثبت میدان‌های مغناطیسی تولیدشده توسط جریان‌های الکتریکی که به طور طبیعی در مغز رخ می‌دهند، با استفاده از مغناطیس‌سنج‌های بسیار حساس است. آرایه‌های دستگاه‌های ابررسانا کوانتومی تداخلی در حال حاضر رایج‌ترین مغناطیس‌سنج‌ها هستند.

برنامه‌های کاربردی مغناطیس‌نگاری مغزی عبارتند از تحقیقات اولیه در فرآیند‌های شناختی و مغز، مناطق متأثر از آسیب‌شناسی قبل از جراحی، تعیین عملکرد قسمت‌های مختلف مغز و بازخورد نورونی.

این فناوری می‌تواند در محیط بالینی برای پیدا کردن مکان‌های ناهنجاری و همچنین در یک محیط آزمایشگاهی به سادگی برای اندازه‌گیری فعالیت‌های مغز مورد استفاده قرار گیرد.

چالش‌های مغناطیس‌نگاری مغزی

در حالی که فناوری‌هایی مانند مغناطیس‌نگاری مغزی (MEG) برای جامعه پزشکی یک موهبت است، نصب و راه‌اندازی این ماشین‌ها یک چالش بزرگ است. ابزاری که بتواند میدان مغناطیسی را اندازه‌گیری کند، گران‌قیمت است و تمام محیط اتاقی را که نیاز به محافظ مغناطیسی دارد، پر می‌کند. همچنین به دمای بسیار سرد نیاز دارد تا هلیوم مورد استفاده در دستگاه، در حالت مایع بماند. سخت‌تر از همه نیز اینکه نیاز است که بیمار در حین انجام این اندازه‌گیری‌ها کاملاً ثابت بماند.

پژوهشگران موسسه فناوری سلطنتی ملبورن (RMIT) و موسسه فرانهوفر برای فیزیک حالت جامد کاربردی (IAF) در آلمان، در جستجوی راه‌هایی برای بهبود تشخیص این امواج دریافتند که الماس مورد استفاده برای این تشخیص‌ها می‌تواند بیش از پیش بهبود یابد.

نقش الماس در MEG

الماس بخشی از ابزاری است که امروزه برای سنجش میدان مغناطیسی استفاده می‌شود. شدت نور ناشی از نقصان‌های کوانتومی بر روی الماس با شدت میدان مغناطیسی تغییر می‌کند. با این حال، محققان دریافتند که اغلبِ نوری که الماس بیرون می‌دهد، از بین می‌رود. پژوهشگران با تبدیل این نور به لیزر توانستند تمام آن را جمع‌آوری کنند و این منجر به افزایش ۱۰ برابری در تشخیص میدان مغناطیسی شد.

پژوهشگران تصور می‌کنند که یک ابزار MEG ساخته‌شده با الماس لیزری، بسیار کوچکتر از ابزار‌های امروزی خواهد بود و در صورت نیاز می‌تواند حتی قابل حمل باشد. بیماران نیز به جای نشستن، عملاً می‌توانند با MEG که با استفاده از این فناوری جدید توسعه یافته است، راه بروند. همچنین از آنجایی که این دستگاه جدید به هلیوم مایع نیاز ندارد، به راحتی در دمای اتاق کار می‌کند.

این ابزار که ساخت آن تا ۵ سال آینده طول می‌کشد، برای تشخیص علائم اولیه بیماری‌هایی مانند زوال عقل، بیماری آلزایمر و صرع مفید خواهد بود.

نتایج یافته‌های این مطالعه در مجله Science Advances منتشر شده است.