Eduardo Martínez de la FeUn equipo de científicos de la Universidad de Sussex ha construido por primera vez un sensor cuántico modular y lo ha utilizado para registrar una señal cerebral.
El dispositivo emplea sensores cuánticos ultrasensibles para captar campos magnéticos minúsculos y mapas de la actividad neuronal dentro del cerebro.
Los sensores, que aprovechan las propiedades fundamentales de los átomos para detectar campos magnéticos, se colocaron en el exterior del cuero cabelludo de un voluntario al que le pidieron que abriera y cerrara los ojos cada 10 o 20 segundos.
Los sensores detectaron desde fuera del cerebro la señal neuronal de este movimiento, lo que requiere una tecnología cuántica enormemente sofisticada.
El sensor capta los campos magnéticos del cerebro, que son muy débiles: hasta un millón de veces menores que el del imán que tenemos en la puerta de la nevera, explica uno de los autores, Thomas Coussens, en un comunicado.
Los sensores ultrasensibles consiguen observar así el interior del cerebro y cartografiar la actividad neuronal a través de los tenues campos magnéticos del cerebro.
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Campos magnéticos
Las pequeñas corrientes eléctricas que surgen de las neuronas generan campos magnéticos muy pequeños perceptibles incluso fuera del cerebro, que es lo que captan los sensores.
Básicamente, los sensores utilizan un magnetómetro (instrumento que mide la fuerza y la dirección de un campo magnético) para explorar el interior del cerebro.
Situado dentro de un escudo magnético para bloquear otros campos, incluido el de la Tierra, el magnetómetro utilizado en este experimento es de bombeo óptico, que puede medir absolutamente todo el campo magnético.
El dispositivo funciona poniendo el vapor creado por el magnetómetro en un estado cuántico: entonces le envía un rayo láser y usa un fotodetector para ver cuánta luz lo ha atravesado.
La forma en que el vapor atómico interactúa con la luz láser depende del campo magnético. El modelado matemático de estos campos magnéticos cerebrales permite generar imágenes de la dinámica neuronal en ese momento.
Nuevo desarrollo
Este no es el primer sensor cuántico que se usa para analizar el cerebro humano.
El pasado febrero, investigadores de la Universidad de Nottingham y del University College London desarrollaron un sensor cuántico capaz de medir sin interferencias y en tiempo real el campo magnético del cerebro, así como de observar la funcionalidad de sus 90.000 millones de neuronas.
El sensor de la Universidad de Sussex tiene una particularidad específica respecto a este anterior desarrollo: es modular, lo que quiere decir que se puede ir agrandando con nuevas piezas, al estilo de un Lego, y utilizarse para analizar toda la actividad cerebral.
La experiencia, que explican en un artículo publicado en arXiv, constituye toda una innovación tecnológica: es la primera vez que se detecta una señal cerebral utilizando un sensor cerebral cuántico modular.
Lego cuántico
Es un hito importante para todos los científicos que trabajan en la tecnología de imágenes cuánticas del cerebro, porque los sensores modulares se pueden ampliar añadiéndoles módulos, destacan los investigadores.
De hecho, en este primer experimento, los investigadores conectaron dos sensores como ‘ladrillos de Lego’ y ampliaron el análisis del cerebro, lo que demuestra que el escaneo de todo el cerebro con este método está al alcance de esta tecnología.
Por ello, los investigadores se proponen construir más sensores del mismo tipo que se puedan acoplar y convertirse en un generador de imágenes de todo el cerebro.
Esta versión ampliada podría proporcionar avances significativos en la detección y administración de tratamiento para enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, según sus creadores.
Más allá
Lo importante de estas tecnologías, que se basan en el estudio del cerebro a través de las débiles campos magnéticos que generan las neuronas, es que permiten ir más allá de la estructura anatómica del cerebro para buscar anomalías.
A través de los campos magnéticos, consiguen acceder a la forma en que funciona el cerebro, ya que en muchas ocasiones es la función del cerebro la que se ve alterada y la que provoca trastornos, como la epilepsia o algunas formas de demencia.
Referencia
Modular optically-pumped magnetometer system. Thomas Coussens et al. arXiv:2106.05877 [physics.atom-ph]
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