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31.05.2012
Winziger Sensor misst magnetische Vorgänge im menschlichen Gehirn
Der Atom-basierende Magnetsensor kann Aktivitäten im menschlichen Gehirn nichtinvasiv aufzeichnen
Mit einem miniaturisierten, Atom-basierenden Magnetsensor gelang es erstmals Forschern des National Institute of Standards and Technology (NIST), in Zusammenarbeit mit deutschen Kollegen, die Aktivitäten im menschlichen Gehirn aufzuzeichnen. Erste Experimente haben inzwischen bewiesen, dass dieser Sensor in biomedizinischen Applikationen angewendet werden kann, so zum Beispiel beim Studium mentaler Prozesse und neurologischer Krankheiten.
Die Forscher erfassten mit dem Sensor unter anderem Alphawellen im Gehirn von Personen, die ihre Augen öffnen und schließen, sowie Signale, die von der Stimulation einer Hand provoziert wurden. Die Messungen wurden mit entsprechenden Signalen von einem SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) verifiziert. SQUIDs sind derzeit die weltweit empfindlichsten Magnetometer und gelten für derartige Experimente als "Goldstandard".
Der NIST-Minisensor ist gegenüber dem SQUID derzeit noch etwas weniger empfindlich, bietet aber signifikante Vorteile hinsichtlich Abmessungen, Portabilität und Kosten.
Die Messergebnisse lassen vermuten, dass der neue Minisensor eine besonders vorteilhafte Anwendung in der Magnetoenzephalografie (MEG) finden kann, eine nichtinvasive Prozedur, mit der ein magnetisches Feld gemessen wird, das auf elektrischen Vorgängen im Gehirn basiert.
Gegenwärtig verwendet man in der MEG SQUID-Arrays, die sich in schweren, helmartigen Gehäusen befinden und bis auf -269 °C heruntergekühlt werden müssen. Der NIST-Sensor dagegen hat die ungefähre Größe eines Zuckerwürfels und funktioniert bei Raumtemperaturen.
Der Mini-Sensor besteht aus einem Behälter, in dem sich etwa 100 Milliarden Rubidiumatome in einem Gas befinden. Hinzu kommen ein low-power Infrarotlaser und eine Glasfaseroptik. Mit der Glasfaseroptik misst man die Lichtsignale, die der Stärke des Magnetfelds entsprechen - die Atome absorbieren mehr Licht, wenn die Stärke des Magnetfeldes zunimmt.
Ausgeführt wurden die Gehirn-Experimente in einer magnetisch abgeschirmten Anlage der Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) in Berlin. Der NIST-Sensor kann Magnetsignale von etwa 1 Picotesla erfassen. Zum Vergleich: Das Magnetfeld der Erde ist 50 Millionen mal stärker (wr).
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