Датские и российские ученые разработали неинвазивный метод измерения магнитного поля отдельных нервов, который работает при комнатной температуре и обладает практически неограниченной чувствительностью. О своей работе они сообщили в публикации, препринт которой доступен на сайте arxiv.org.
Сигнал распространяется по нервным волокнам в виде электрического потенциала действия. Регистрация электрической активности нервов критически важна для изучения физиологии нервной системы и диагностики ее заболеваний. Однако для измерения электрического потенциала нервного волокна необходимо соединить его с микроэлектродом, что требует хирургического вмешательства. Кроме того, само подключение электрода может искажать характеристики сигнала.
Поэтому электрическую активность нервов измеряют по создаваемому ей магнитному полю. Это поле очень слабо, и для его регистрации требуются высокоточные методы. С 1980-х годов таким методом служила магнитометрия с помощью сверхпроводящего квантового интерферометра (СКВИД, от англ. SQUID, Superconducting Quantum Interference Device). Этот метод громоздок, дорогостоящ, требует охлаждения проводника до сверхнизких температур и может измерять только магнитное поле нерва, пропущенного через спираль детектора, что делает его применение в клинике невозможным.
Сотрудники Копенгагенского и Санкт-петербургского университетов использовали в работе модифицированный оптический атомный магнитометр собственной разработки. В основе его действия лежит способность атомов газообразного цезия поляризовать свет под действием внешнего магнитного поля (цезий был выбран из-за высокого давления его насыщенного пара, обеспечивающего высокую точность измерений при комнатной температуре). В качестве источника поляризуемого света используется лазер. Измерение магнитного поля проводится в двух режимах — постоянном и импульсном. Все это помогло достичь точности измерений, ограниченной только квантовыми эффектами; прибор способен зафиксировать магнитные поля индуктивностью менее пикотесла (10-12 тесла).
Датчик, представляющий собой паровую камеру с цезием, имеет внутренний диаметр 5,3 миллиметра и толщину стенки 0,85 миллиметра, что позволяет проводить высокоточные измерения на расстоянии четырех миллиметров от нервного волокна, то есть, например, через кожу. Испытания на седалищном нерве лягушки позволили при комнатной температуре зарегистрировать электрическую активность нервных волокон и ее изменения в реальном времени.
«Такой магнитометр подходит для медицинской диагностики в таких физиологических и клинических областях как кардиография плода, регистрация синаптических взаимодействий в сетчатке глаза и магнитоэнцефалографии», — пишут авторы исследования.
Олег Лищук
