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 Einfacher Schieltest mit neu entwickelter Strabismus-Video-Brille
19.07.2017 | UniversitätsSpital Zürich

nachricht Kunstherz auf dem Prüfstand
13.07.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie