美國(guó)研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種便攜式傳感器，該傳感器可以檢測(cè)到來自大腦和心臟的微小生物磁信號(hào)，而無需使用當(dāng)前的腦磁圖技術(shù)所需要的昂貴的磁屏蔽。這種低成本的裝置足夠小，可以放在背包中，即使在電力線和鐵路附近也可以成功運(yùn)行，并且可以在現(xiàn)場(chǎng)分類，腦機(jī)接口甚至精確的磁導(dǎo)航中找到應(yīng)用。

磁描記法和腦電圖（MEG和EEG）形式的磁力計(jì)可以提供對(duì)人腦和心臟功能的重要見識(shí)，其分辨率超過功能性MRI和正電子發(fā)射斷層掃描（PET）等替代技術(shù)。但是，商用MEG系統(tǒng)操作成本高昂，而且占地面積巨大-同時(shí)需要大規(guī)模的磁屏蔽和低溫冷卻系統(tǒng)-這也限制了它們可用于研究的活動(dòng)。

在他們的新研究中，但是，物理學(xué)家馬克·利姆的Twinleaf和同事的普林斯頓大學(xué)都集中在光泵浦原子磁力計(jì)來測(cè)量生物磁場(chǎng)。它們使用激光使堿金屬蒸氣中的原子自旋相干，隨后測(cè)量磁場(chǎng)的存在如何擾動(dòng)原子，并在感興趣的磁場(chǎng)周圍進(jìn)行大量磁化。

Limes解釋說，使傳感器能夠在不受控制的環(huán)境中工作的關(guān)鍵部分在于這種自由進(jìn)動(dòng)測(cè)量。他說：“許多磁性傳感器都是諧振系統(tǒng)，無論是全光學(xué)傳感器還是需要某些磁場(chǎng)操縱（例如施加的射頻）的諧振系統(tǒng)�！� “在嘈雜的環(huán)境中，任何諧振系統(tǒng)都具有跟蹤磁場(chǎng)的反饋回路，并且通常以顯著的方式限制帶寬。”

出現(xiàn)問題是因?yàn)橹荒芎芎玫乜刂拼艌?chǎng)反饋，這意味著理論上應(yīng)該在地球大小的磁場(chǎng)中有效的技術(shù)實(shí)際上只能在高度受控的磁屏蔽環(huán)境中有效地工作�！拔覀儾恍枰�跟蹤磁場(chǎng)或提供反饋，因?yàn)闇y(cè)量的關(guān)鍵在于被動(dòng)地觀察原子對(duì)總磁場(chǎng)的響應(yīng)，” Limes解釋說。

盡管如此，以前的原子磁力計(jì)也只能在屏蔽環(huán)境中有效運(yùn)行。新設(shè)計(jì)的第二部分涉及將兩個(gè)傳感器耦合在一起以形成磁梯度儀�！澳�可以擁有一個(gè)非常好的磁力計(jì)，但是在大腦和心臟信號(hào)所處的頻率范圍內(nèi)，磁力計(jì)將完全被來自電源線，變壓器甚至本地火車軌道的環(huán)境磁噪聲所淹沒，” Limes告訴《物理世界》。他補(bǔ)充說，當(dāng)前工作向醫(yī)學(xué)成像等實(shí)際應(yīng)用的“令人印象深刻的飛躍”來自使兩個(gè)傳感器協(xié)同工作，以便它們“拒絕用作背景噪聲的遙遠(yuǎn)共模磁場(chǎng)源，同時(shí)保持對(duì)附近的生物磁源�！�

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，原型梯度儀設(shè)備能夠響應(yīng)隨機(jī)的聲音刺激，在測(cè)試對(duì)象的音頻皮層中拾取大腦活動(dòng)，盡管該實(shí)驗(yàn)是在非屏蔽的自然環(huán)境中進(jìn)行的，無論是在主鐵路線750 m內(nèi)還是在僅有75 m的電力線。

“我們的傳感器確實(shí)是史無前例的，它開辟了一些新的領(lǐng)域和應(yīng)用，包括手持式或可穿戴式堿基傳感器，” Limes總結(jié)道。

“測(cè)量源自人類心臟或大腦的生物磁信號(hào)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要具有卓越靈敏度的磁傳感器，” 阿德萊德大學(xué)的物理學(xué)家納撒尼爾·威爾遜評(píng)論說，他沒有參與本研究。他補(bǔ)充說：“這項(xiàng)工作有效地彌合了桌面實(shí)驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用之間的鴻溝，并為在臨床環(huán)境中用于診斷的成本低廉的便攜式設(shè)備鋪平了道路�！�

加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家德米特里·布德克（Dmitry Budker）補(bǔ)充說：“這是向前邁出的非常重要的一步，因?yàn)檫@使飛秒級(jí)的磁力計(jì)實(shí)用化�！� 他也未參與本研究�！翱茖W(xué)家現(xiàn)在可以將他們的重點(diǎn)從磁力計(jì)開發(fā)轉(zhuǎn)向?qū)��?shí)際應(yīng)用的研究�！�

隨著他們的初步研究完成，研究人員現(xiàn)在正在尋求提高傳感器的準(zhǔn)確性和靈敏度-以便他們可以與現(xiàn)有的低溫超導(dǎo)量子干擾設(shè)備（SQUID）MEG檢測(cè)器競(jìng)爭(zhēng)-之后，他們打算制造一種傳感器陣列以證明系統(tǒng)可以執(zhí)行MEG研究所需的源定位。