Ett team av forskare vid University of Sussex har för första gången byggt en modulär kvanthjärnskanner, och använde den för att spela in en hjärnsignal. Detta är första gången en hjärnsignal har detekterats med hjälp av en modulär kvanthjärnsensor var som helst i världen. Det är en viktig milstolpe för alla forskare som arbetar med kvantehjärnbildningsteknik eftersom modulära sensorer kan skalas upp, som Lego -klossar. Teamet har också anslutit två sensorer som Lego -klossar, bevisar att helhjärnsskanning med denna metod är inom räckhåll-som beskrivs i deras papper, som publiceras idag i förtryck. Detta har inte varit möjligt med de för närvarande kommersiellt tillgängliga kvanthjärnsensorerna från USA.

Dessa modulära enheter fungerar som spelstenar genom att de kan anslutas ihop. Detta öppnar möjligheterna för helhjärnskanning med hjälp av kvantteknik, och potentiella framsteg för neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers.

Enheten, som byggdes vid Quantum Systems and Devices -laboratoriet vid universitetet, använder ultrakänsliga kvantsensorer för att plocka upp dessa minsta magnetiska fält för att se inuti hjärnan för att kartlägga den neurala aktiviteten.

Teamet applicerade sensorerna på utsidan av en deltagares hårbotten, nära hjärnans visuella cortex. De bad deltagaren att öppna och stänga ögonen med 10–20 sekunders mellanrum, och kunde upptäcka en signal. Detta är en mycket enkel åtgärd, men för att se det hända inuti hjärnan - utifrån - krävs enormt sofistikerad kvantteknik.

Thomas Coussens Ph.D. student vid University of Sussex, som byggde sensorn, förklarade:

"Vår kvantsensor måste vara exceptionellt känslig för att fånga upp magnetfälten i hjärnan som är mycket svaga. För att sätta det i sitt sammanhang, magnetfältet i en hjärna är en biljon gånger lägre än kylskåpsmagnetens.

"Eftersom vår enhet är så långt unik att den är modulär-och vi har visat att modulariteten fungerar genom att ansluta två sensorer tillsammans-planerar vi nu att skala upp det här projektet genom att bygga fler sensorer för att göra det till ett helt hjärnavbildningssystem Detta kan ge betydande framsteg när det gäller att upptäcka och leverera behandling för neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers.

"Detta är kulmen på många månaders hårt arbete och jag är glad över att se vår första hjärnsignal med hjälp av våra egna kvantgivare som helt byggts av oss här vid University of Sussex."

Professor Peter Krüger, Experimentell fysiker och chef för Sussex -programmet för kvantforskning vid University of Sussex förklarade:

"Eftersom vår sensor fungerar modulärt, vi kommer nu att kunna skala upp det för att skapa mycket mer detaljerade bilder av hjärnan eller delar av hjärnan. Du kan inte göra det med den nuvarande kommersiella produkten som är tillgänglig. Denna nya sensor byggd vid University of Sussex öppnar dörren för brittiskt producerade kvantsensorer, enormt viktigt i det bredare brittiska kvantteknologilandskapet.

"Att ha den här sensorn är ett stort steg till ytterligare tvärvetenskapliga studier med forskare som sträcker sig från medvetandeforskare och ingenjörer till neurovetenskapare, vilket är mycket i andan för hur vi hanterar forskning här på Sussex."

Professor Kai Bongs, Huvudutredare vid UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing, sa:

"Vi är glada över den banbrytande utvecklingen av Hub-forskare vid University of Sussex. Dessa framgångar hjälper avsevärt till att främja det brittiska kvantekosystemet, föra oss ett steg närmare att utnyttja kvantsensorteknik i kliniska tillämpningar som kommer att få verklig samhällelig påverkan. Att bygga en stark kvanthjärnavbildningsförmåga i Storbritannien är ett bra exempel på vårt samarbete. "

Den kvantmagnetiska sensorn använder en optiskt pumpad magnetometer inuti en magnetisk skärm för att minska omgivande magnetfält och se till att de inte detekteras. I enkla termer, sensorn fungerar genom att sätta en ånga i ett kvanttillstånd, lyser en laserstråle genom den och använder en fotodetektor för att se hur mycket ljus som har gått igenom. Hur atomångan interagerar med laserljuset mycket känsligt beror på magnetfältet. De små elektriska strömmarna i neuronerna i hjärnan leder till mycket små magnetfält även utanför hjärnan vilket är vad sensorn tar upp.