Ricerche

Nuovi sensori quantici altamente sensibili per il cervello possono in futuro essere in grado di identificare malattie cerebrali come la demenza, la SLA e il Parkinson, individuando un rallentamento della velocità con cui i segnali viaggiano nel cervello.

I risultati della ricerca guidata da fisici quantistici della Università di Sussex sono pubblicati su Scientific Reports.

Gli scanner quantistici sviluppati dagli scienziati possono rilevare i campi magnetici generati quando i neuroni sparano. Misurando i cambiamenti momento per momento nel cervello, monitorano la velocità in cui i segnali si muovono attraverso di esso.

Questo elemento temporale è importante perché significa che un paziente potrebbe essere scansionato due volte a diversi mesi di distanza per verificare se l'attività nel cervello sta rallentando. Tale rallentamento può essere un segno di Alzheimer o di altre malattie del cervello. In questo modo, la tecnologia introduce un nuovo metodo per individuare i biomarcatori dei primi problemi di salute.

Aikaterini Gialopsou, dottoranda della Facoltà di Scienze Matematiche e Fisiche all'Università del Sussex e di Brighton è la prima autrice della ricerca. Della scoperta lei dice:

"Abbiamo dimostrato per la prima volta che i sensori quantici possono produrre risultati molto accurati in termini di spazio e di tempo. Mentre altre squadre hanno dimostrato i benefici in termini di localizzare i segnali nel cervello, questa è la prima volta che i sensori quantici hanno dimostrato di essere così accurati in termini di tempistica dei segnali.

"Questo potrebbe essere davvero significativo per i medici e i pazienti interessati dallo sviluppo dei disturbi del cervello".

Si ritiene che questi sensori quantici siano molto più accurati rispetto agli scanner EEG o fMRI, in parte per il fatto che i sensori possono essere più vicini al cranio. La vicinanza maggiore dei sensori al cervello può non solo migliorare la risoluzione spaziale, ma anche la risoluzione temporale dei risultati. Questo doppio miglioramento della precisione, tempo e spazio, è molto significativo in quanto significa che i segnali cerebrali possono essere monitorati in modi inaccessibili ad altri tipi di sensori.

"È la tecnologia quantistica che rende questi sensori così accurati", spiega il prof. Peter Kruger, che guida il laboratorio Quantum Systems and Devices all'Università di Sussex. "I sensori contengono un gas di atomi di rubidio. Raggi della luce laser sono fatti brillare sugli atomi, e quando gli atomi sperimentano cambiamenti in un campo magnetico, emettono luce in modo diverso. Le fluttuazioni nella luce emessa rivelano i cambiamenti nell'attività magnetica nel cervello. I sensori quantici sono accurati all'interno di millisecondi, e in diversi millimetri".

La tecnologia dietro gli scanner è chiamata magnetoencefalografia (MEG). La combinazione tra tecnologia MEG e questi nuovi sensori quantici ha sviluppato un modo non invasivo per sondare l'attività nel cervello. A differenza degli scanner del cervello esistenti - che inviano un segnale nel cervello e registrano ciò che ritorna - la MEG misura passivamente ciò che si verifica all'interno dall'esterno, eliminando i rischi per la salute di alcuni pazienti attualmente associati all'invasività degli scanner.

Attualmente gli scanner MEG sono costosi e ingombranti, rendendoli difficili da usare nella pratica clinica. Questo sviluppo della tecnologia dei sensori quantici potrebbe essere cruciale per trasferire gli scanner dagli ambienti di laboratorio altamente controllati agli ambienti clinici del mondo reale.

"È la nostra speranza con questo sviluppo" aggiunge la Gialopsou. "Scoprendo questa maggiore funzione degli scanner quantici del cervello, abbiamo aperto la porta a ulteriori sviluppi che potrebbero portare una rivoluzione quantistica nella neuroscienza. Ciò conta perché, sebbene gli scanner siano solo all'inizio dello sviluppo, ci possono essere sviluppi futuri per arrivare alla diagnosi precoce di malattie cerebrali, come la SLA, la sclerosi multipla e persino l'Alzheimer. Questo è ciò che ci motiva come squadra".