Петербургские ученые вместе с московскими коллегами создадут сверхточный энцефалограф

03 августа 2018Петербургские ученые совместно с московскими коллегами разработали уникальный сенсор для магнитоэнцефалографии — измерения магнитной активности головного мозга. Точность прибора, построенного на его основе, будет в несколько раз выше существующих, а стоимость — в разы ниже. Это сделает его доступным гораздо более широкому кругу медицинских и научных учреждений.

Магнитоэнцефалография позволяет диагностировать на самой ранней стадии множество заболеваний нервной системы, таких как эпилепсия, болезни Паркинсона и Альцгеймера и др. Кроме того, эксперты считают, что такой прибор обеспечит прорыв в области знаний о человеческом мозге.

Изучение сигналов электрической активности головного мозга позволяет не только решать медицинские задачи, но и получить бесценную научную информацию о том, как он устроен и какие физические процессы происходят при мыслительной деятельности. Но проблема в том, что эти сигналы чрезвычайно слабы: чтобы их уловить, необходимо сложное и очень дорогостоящее оборудование. Наиболее точной и перспективной методикой в этой области считается магнитоэнцефалография (МЭГ) — регистрация магнитных полей, порождаемых активностью нервных клеток мозга.

Основу современных магнитоэнцефалографов составляют сверхчувствительные сенсоры, так называемые сквиды (сверхпроводящие квантовые интерферометры). Они работают в состоянии сверхпроводимости и требуют охлаждения до сверхнизких температур. Для этого их приходится помещать в сосуд Дьюара (что-то вроде большого термоса), содержащий жидкий гелий — самую холодную жидкость из возможных. Оборудование получается очень громоздким и дорогим в эксплуатации. Но главная беда в том, что сквиды невозможно поднести к голове человека ближе чем на 3–4 см — такова толщина стенок сосуда Дьюара. К тому же серьезные помехи в их работу вносит магнитное поле Земли, поэтому измерения приходится проводить в специальной магнитоизолирующей комнате. Так или иначе, сквиды пока остаются наиболее успешным методом изучения мозга без хирургического вмешательства. Он позволяет зарегистрировать всплески активности нейронных групп длительностью менее 10 миллисекунд с пространственным разрешением в несколько миллиметров.

Такие системы необходимы для детальной диагностики неврологических заболеваний, планирования нейрохирургического вмешательства, изучения действия фармакологических препаратов. Но из-за сложности и дороговизны подобных установок во всем мире сейчас существует не более 400. Ученые ряда стран пытаются создать более компактную и дешевую МЭГ-систему, основанную на принципах взаимодействия магнитного поля с магнитными моментами атомов, но для создания сенсоров, основанных на этом принципе, требуются большая научно-исследовательская работа.

Группа ученых из Высшей школы экономики (ВШЭ) и петербургского Физико-технического института имени Иоффе (ФТИ) совершила настоящий прорыв на этом направлении.
В ходе разработки атомарного магнитоэнцефалографа удалось сконструировать датчики, способные работать в магнитном поле Земли, что позволит отказаться от использования магнитоизолирующей комнаты и значительно удешевит прибор и его эксплуатацию.

Такой результат позволяет построить компактную МЭГ-систему следующего поколения с качественно новыми возможностями. Внешне прибор будет напоминать фантастический головной убор профессора из «Назад в будущее», — шлем, утыканный парой сотен сенсоров, похожих на большой сувенирный карандаш. Сенсоры будут располагаться не далее полусантиметра от головы — в несколько раз ближе, чем в существующих системах. Это позволит достичь субмиллиметрового разрешения: это позволит различать сигналы от участков мозга, находящихся на расстоянии меньше миллиметра друг от друга.

По оценкам исследователей, цену атомарного магнитоэнцефалографа удастся сделать меньше миллиона долларов — это в 5–7 раз дешевле существующих сегодня приборов.

По материалам Известий


Также может быть интересно:

Разработка Университета ИТМО в области медицины прошла отборочный тур в конкурсе Евросоюза

Петербургские разработчики создадут IT-продукт для корейской фармацевтической компании

Искусственный интеллект на страже здоровья

Другие новости инноваций