Российские учёные утверждают, что их СКВИД работает даже в магнитном поле Земли
Группа ученых из Высшей школы экономики и петербургского Физико-технического института имени Иоффе ведут работу над атомарным магнитоэнцефалографом нового поколения, пишет газета «Известия». Если работу доведут до конца, то российское изобретение будет выгодно отличаться от существующих дорогих устройств МЭГ стоимостью в несколько миллионов долларов:
- Для него не требуется магнитоизолирующая комната. Сенсор работает в магнитном поле Земли
- Стоимость в 5−7 раз дешевле аналогов (поскольку отпадает необходимость в специальном оборудовании магнитоизолирующей комнаты)
- Компактность
- Расположение сенсоров ближе к голове, чем минимальное расстояние 3−4 см в существующих системах МЭГ, где это ограничение вызвано тем, что сенсор помещается в жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю
Работа пока далека от завершения, но учёным удалось добиться определённых успехов. Самое главное, что уже сконструирован ключевой элемент будущего устройства — СКВИД (сверхпроводящий квантовый интерферометр), который регистрирует магнитные поля, порождаемые активностью нервных клеток мозга.
СКВИД представляет собой сверхпроводящее кольцо с двумя джозефсоновскими туннельными контактами. Это в определенном смысле аналог оптического эффекта с интерференцией от двух щелей, только в данном случае интерферируют не световые волны, а два джозефсоновских тока. В СКВИДе волна электронов разделяется на две, каждая из которых проходит свой туннельный контакт, а затем обе волны сводятся вместе. При наличии магнитного поля в контуре будет наводиться циркулирующий сверхпроводящий ток. Этот ток в одном из контактов будет вычитаться из постоянного внешнего тока, а во втором — складываться с ним. Между туннельными контактами возникнет разность фаз.
У существующих в мире СКВИД-магнитометров чувствительность достигает 5·10−33 Дж/Гц (чувствительность по магнитному полю — 10−13 Тл). Естественно, им нужна изоляция от магнитного поля Земли.
«В ходе разработки атомарного магнитоэнцефалографа нам удалось сконструировать датчики, способные работать в магнитном поле Земли, — рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории атомной радиоспектроскопии ФТИ Антон Вершовский. — Это, возможно, позволит отказаться от использования магнитоизолирующей комнаты, что значительно удешевит прибор и его эксплуатацию».
Технических подробностей о революционном российском устройстве нет, как и опубликованных научных работ. Но директор Центра биоэлектрических интерфейсов ВШЭ Алексей Осадчий пояснил, что новый сенсор позволяет сконструировать компактную МЭГ-систему с качественно новыми возможностями: «Это будет нечто, напоминающее 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: мы сможем различать сигналы от участков мозга, находящихся на расстоянии меньше миллиметра друг от друга».
Даже если допустить, что российская разработка не будет доведена до логического завершения, всё равно в мире работает несколько групп, которые ведут научные изыскания в этом направлении. Другими словами, рано или поздно должен быть создан компактный атомарный магнитоэнцефалограф гораздо дешевле существующих систем МЭГ. И такое устройство произведёт настоящую революцию в науке о мозге.
Дело в том, что нынешние устройства в несколько миллионов долларов требуют сложной установки и обслуживания. Они очень дорогие, чтобы МЭГ могла позволить себе обычная районная больница. Кроме того, у них имеется ряд других ограничений. Например, при сканировании требуется абсолютная неподвижность. Невозможно сканировать мозг детей или животных, потому что у них размер головы меньше стандартного. Новые сенсоры и атомарный магнитоэнцефалограф снимут такие ограничения и кардинально расширят сферу использования МЭГ: «Появление недорогого магнитоэнцефалографа произведет революцию как в области лечения нейрокогнитивных расстройств, так и в науке, — считает директор Центра нейрокогнитивных исследований при Московском городском психолого-педагогическом университете Татьяна Строганова. — МЭГ-установку смогут позволить себе даже совсем небольшие медицинские и научные учреждения». По её мнению, кратное увеличение объемов МЭГ-исследований во всем мире сделает неизбежным качественный скачок в области знаний человека о своём мозге.
