Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Mini-Sensor misst Magnetfelder des Gehirns

29.05.2012
Neues optisches Magnetometer besteht Praxistest in der PTB und beweist sein Potenzial für preisgünstigere Gehirnstromuntersuchungen für die neurologische Diagnostik und die Grundlagenforschung.

Ein neuer Magnetfeldsensor in Würfelzuckergröße soll in Zukunft die Messung von Hirnaktivität erleichtern. Im „magnetisch stillsten Raum der Welt“ der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin hat der Sensor jetzt eine wichtige technische Prüfung bestanden: Mit ihm konnten erfolgreich sowohl spontane als auch gezielt hervorgerufene Magnetfelder des Gehirns gemessen werden.


Magnetfeldsensoren von der Größe eines Stückes Zucker mit elektrischen und optischen Zuleitungen.
Foto: PTB/NIST

Damit beweist er sein Potenzial für medizinische Anwendungen, wie z.B. die Untersuchung der Gehirnströme beim Lösen kognitiver Aufgaben als Basis einer neurologischen Diagnostik. Der entscheidende Unterschied zur bisher genutzten Kryoelektronik ist das Wegfallen einer aufwendigen Kühlung, da die vom US-amerikanisches Institut NIST gefertigten optischen Magnetometer bei Raumtemperatur arbeiten. Die Ergebnisse sind in einer aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Biomedical Optics Express veröffentlicht.

Chip-scale Atomic Magnetometer (CSAM) nennen die Wissenschaftler den hochempfindlichen Magnetfeldsensor, der neben der Mikrooptik ein Gas aus Rubidium-Atomen enthält, deren Spinänderung für die Messung genutzt wird. Sie können direkt am Körper angebracht werden. Entwickelt wurde der CSAM in vielen Jahren gezielter Forschungs- und Entwicklungsarbeit am NIST (National Institute of Standards and Technology), dem US-amerikanischen Schwesterinstitut der PTB.

Die PTB bot den US-Kollegen einzigartige Voraussetzungen für einen Praxistest. Dazu zählen unter anderem der magnetisch ruhigste Raum der Welt und eine wissenschaftliche Mannschaft, die in zahlreichen Forschungsprogrammen große Erfahrung bei der Messung biomagnetischer Felder des Menschen mittels SQUIDs erwerben konnte.

Bisher werden für die Messung extrem schwacher Magnetfelder kryoelektrische Sensoren, sogenannte supraleitende Quanteninterferometer, kurz SQUIDs, verwendet. Sie gelten als eine Art „Goldstandard“ im Bereich der Magnetfeldmessung. Ihr Nachteil: Erst bei extrem tiefen Temperaturen von –269 Grad Celsius arbeiten sie optimal und ihre Anwendung ist daher teuer und unflexibel. Die Nutzung von CSAM-Sensoren könnte das ändern. Zwar ist ihre Empfindlichkeit noch etwas geringer als die der SQUIDs, doch haben sie das Potenzial für vergleichbar genaue Messungen bei verringerten Kosten. Während SQUIDs wegen der kryogenen Kühlung immer einige Zentimeter von Körper entfernt bleiben müssen, können CSAMs direkt am Körper platziert werden. Das magnetische Feld der physiologischen Körperströme nimmt stark mit dem Abstand ab, sodass jeder Zentimeter einen großen Gewinn an Signalstärke bringt.

Eine wichtige Anwendung ist die Messung der Magnetfeldverteilung um das Gehirn herum, das sogenannte Magnetenzephalogramm (MEG). Es ermöglicht es, die elektrische Aktivität von Neuronen zu charakterisieren. Derartige funktionale Untersuchungen spielen heute eine immer größere Bedeutung in der Neurologie und der Neurowissenschaft. Sowohl bei psychischen Erkrankungen aller Altersgruppen wie auch bei altersbedingten Erkrankungen besteht ein dringender Bedarf an objektivierbaren elektrophysiologischen Messgrößen, die die klinische Diagnostik unterstützen.

Die Wissenschaftler von NIST und PTB hatten bereits 2010 einen Vorläufer des jetzigen CSAM für Magnetfeldmessung am menschlichen Herzen erfolgreich getestet. Diesmal wurden die CSAM-Sensoren in vier Millimeter Abstand vom Kopf gesunder Testpersonen in Position gebracht. Am Hinterkopf konnten bei wachen Personen sogenannte Alphawellen gemessen werden – ein Grundrhythmus der elektrischen Hirnaktivität, der sich spontan bei Entspannung einstellt. In einer weiteren Versuchsreihe konnte mit den CSAM-Sensoren sogar die Verarbeitung von Berührungsreizen im Gehirn durch das damit verbundene, sehr schwache Magnetfeld aufgezeichnet werden. Zur eindeutigen Validierung der Messergebnisse wurden zu allen CSAM-Messungen parallel MEG-Aufzeichnungen mit den bewährten SQUID-Sensoren durchgeführt. if/ptb

Presseinformation des NIST
http://www.nist.gov/pml/div688/brain-041912.cfm
Wissenschaftliche Veröffentlichungen
• Gemeinsames aktuelles Experiment von PTB und NIST:
T. Sander-Thömmes, J. Preusser, R. Mhaskar, J. Kitching, L. Trahms, S. Knappe: Magnetoencephalography with a Chip-Scale Atomic Magnetometer. Biomedical Optics Express Vol. 3 Issue 5, pp.981-990 (2012)

http://www.opticsinfobase.org/boe/issue.cfm?volume=3&issue=5

• PTB-NIST-Experiment von 2010:
S. Knappe, T.H. Sander, O. Kosch, F. Wiekhorst, J. Kitching and L. Trahms. Cross-validation of microfabricated atomic magnetometers with SQUIDs for biomagnetic applications. Applied Physics Letters. 97, 133703 (2010); doi:10.1063/1.3491548. Online publication: Sept. 28, 2010.
Ansprechpartner
Dr. Tilmann Sander-Thömmes, PTB-Arbeitsgruppe 8.21 Biomagnetismus,
Tel. (030) 3481-7436, E-Mail: tilmann.sander-thoemmes@ptb.de

Imke Frischmuth | PTB
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Extrem schnelle Erfassung und Visualisierung von Tumorgrenzen während der Operation
15.01.2018 | Universität zu Lübeck

nachricht Wie Metallstrukturen effektiv helfen, Knochen zu heilen
12.01.2018 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungen

Transferkonferenz Digitalisierung und Innovation

22.01.2018 | Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

22.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus mit zwei Gesichtern

22.01.2018 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics