Российские ученые создают самый точный в мире энцефалограф
Московские и петербургские ученые 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 пациентов. Магнитоэнцефалография позволяет на самой ранней стадии диагностировать множество заболеваний нервной системы, таких как эпилепсия, болезни Паркинсона и Альцгеймера и др. Кроме того, по мнению экспертов, появление такого прибора сулит 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 крайне дорогое оборудование. Наиболее точной и перспективной методикой в этой области считается магнитоэнцефалография (МЭГ) — регистрация магнитных полей, порождаемых активностью нервных клеток мозга.
Основа современных магнитоэнцефалографов — 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. Тем не менее применение сквидов остается пока наиболее успешным методом неинвазивного (без хирургического вмешательства) изучения мозга. 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. Поэтому учеными ряда стран предпринимаются попытки 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 и большой объем сложных математических вычислений. 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 нам удалось сконструировать датчики, способные работать в магнитном поле Земли, — рассказал «Известиям» ведущий научный сотрудник лаборатории атомной радиоспектроскопии ФТИ Антон Вершовский. — Это, возможно, позволит отказаться от использования магнитоизолирующей комнаты, что значительно удешевит прибор и его эксплуатацию.
Такой результат позволяет построить компактную МЭГ-систему следующего поколения с качественно новыми возможностями. О внешнем виде будущего прибора рассказал «Известиям» руководитель проекта, директор Центра биоэлектрических интерфейсов ВШЭ Алексей Осадчий.
— 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.
По оценкам исследователей, цену атомарного магнитоэнцефалографа удастся сделать меньше миллиона долларов — это в 5–7 раз дешевле существующих сегодня приборов.
— 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.
Татьяна Строганова не берется предсказать, какие новые результаты будут достигнуты, но кратное увеличение объемов МЭГ-исследований во всем мире, по ее мнению, сделает неизбежным качественный скачок в области знаний человека о своем мозге.
