3D-Druck und Quantentechnologie ermöglichen optimierten Gehirn-Scan

Wissenschaftler der University of Nottingham haben zusammen mit dem University College London (UCL) ein Projekt zur Bildgebung des menschlichen Gehirns gestartet. Das entwickelte Verfahren soll die Geschwindigkeit derzeitiger MEG-Scanner um das Vierfache beschleunigen.

Bei Magnetoenzephalographie, kurz MEG, handelt es sich um die Messung der magnetischen Aktivität des Gehirns, welche durch äußere Sensoren erfolgt. Ein mit  £ 1,6 Millionen gefördertes Projekt erforscht nun über die kommenden fünf Jahre ein neues MEG-System.

Unter der Leitung von Dr. Matthew Brookes und Professor Richard Bowtell von der School of Physics and Astronomy in Nottingham wurde bereits ein Prototyp in Form eines tragbaren Helms konstruiert und 3D-gedruckt.

“Quantentechnologie ermöglichte die Entwicklung einer neuen Art von optischen Sensor, der über genug Sensibilität verfügt um die schwachen Magnetfelder des Gehirn zu erkennen,” erklärt Dr. Brookes. “Im Gegensatz zu derzeitigen Technologien, können die neuen Sensoren bei Raumtemperatur eingesetzt und somit direkt auf der Kopfhautoberfläche platziert werden. Laut unseren Berechnungen kann die Sensibilität der Felderkennung um das Vierfache erhöht werden, indem die Sensoren näher an den Kopf gebracht werden.”

Die meistern der derzeitigen MEG-Systeme sind umständlich in ihrer Anwendung und haben eine einheitliche Größe. Die Sensoren in den Geräten werden bei minus 269°C gekühlt und können nicht bewegt werden.

Das Forscherteam hat vor rund zwei Jahren mit der Bewertung des Potentials von Quantensensoren in Computersimulationen begonnen. Mit den darauf erworbenen Quantensensoren konnten die Wissenschaftler durch Experimente die zuvor prognostizierte Verbesserung der Sensibilität nachweisen. Parallel dazu arbeitet das UCL-Team an den theoretischen und Computermodellen des Gehirns.

Projektleiter Professor Gareth Barnes vom Wellcome Trust Centre for Neuroimaging an der UCL, fügt hinzu:

“Die Realisierung dieses Systems ist eine riesige aber auch sehr spannende Herausforderung, mit dem Potential den Bereich der Bildgebung des Gehirns zu revolutionieren. Unsere Simulationen und ersten Experimente haben das einzigartige Potential der neuen Quantensensoren bewiesen.”

Der Scanner soll dann einfach wie ein Helm am Kopf getragen werden können und die Personen können dabei Aufgaben in natürlicher Umgebung ausführen. Besonderes Potential sieht man bei den Einsatz mit Kindern, da bei den derzeitigen MEG-Systemen der Abstand von kleineren Köpfen zu den Sensoren größer und die Sensibilität somit geringer ist.

“Raumtemperatur-Quantensensoren können direkt auf der Kopfhaut der Testpersonen angebracht werden. Bei Erwachsenen prognostizieren wir eine vierfach höhere Sensibilität. Diese könnte sich bei Kindern und Babies sogar auf das 15- bis 20-fache erhöhen,” erklärt Bowtell.

Ziel ist es diese Technologie im Bereich der Neurowissenschaften und letztendlich als klinisches Instrument für Erkrankungen wie pharmakoresistente Epilepsie oder Schizophrenie einzusetzen.

Der erste Teil des Projekts “Moving functional brain imaging into the real world: A wearable, cryogen-free” wurde bereits veröffentlicht.