"腦磁信號(hào)探測(cè)的意義" 大腦被認(rèn)為是人類已知的最復(fù)雜、細(xì)的系統(tǒng)。解開(kāi)大腦謎團(tuán)是人類認(rèn)識(shí)自然與自身的目標(biāo)。例如回答這些問(wèn)題：人類學(xué)習(xí)、記憶的原理是什么？各種精神疾病、腦疾病的病因又是什么？對(duì)此，科學(xué)家們先后研制出了電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）、磁共振成像（MRI）等結(jié)構(gòu)成像技術(shù)以及功能性磁共振（fMRI）、腦電圖（EEG）、腦磁圖（MEG）等功能成像技術(shù)來(lái)推進(jìn)腦科學(xué)研究。結(jié)構(gòu)成像技術(shù)主要對(duì)大腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化，多用于腫瘤、腦血管病等腦結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的疾病研究。功能成像技術(shù)主要通過(guò)測(cè)量大腦的腦電、腦磁、血流、氧耗等信息，間接反應(yīng)大腦功能，主要用于癲癇、腦腫瘤等腦神經(jīng)疾病研究。 其中，腦磁圖作為一種新興的腦成像技術(shù)，以毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率（＜1 ms）和毫米級(jí)（＜5 mm）的空間分辨率探測(cè)大腦磁場(chǎng)。與功能性磁共振相比，腦磁圖能觀測(cè)腦功能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息；與腦電圖相比，具有較高的空間分辨率。 由于大腦和頭皮之間的頭骨和其軟組織并不會(huì)扭曲及衰減磁信號(hào)，因此，腦磁信號(hào)不存在失真。此外，腦磁圖檢查時(shí)無(wú)需服用放射性藥物或暴露在輻射環(huán)境下，具有安全、無(wú)創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)。 "傳統(tǒng)腦磁探測(cè)手段" 腦磁的大小一般在50 fT ~5 pT，相當(dāng)于地球磁場(chǎng)(30~50 μT) 的億分之一，因此需要高靈敏的探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)前用于腦磁測(cè)量的商用設(shè)備主要是以超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)效應(yīng)和磁通量子化為技術(shù)基礎(chǔ)的SQUID-MEG系統(tǒng)，較高靈敏度可達(dá)1fT/Hz1/2。目前，SQUID-MEG已有商業(yè)化設(shè)備，在臨床和科研領(lǐng)域都已有應(yīng)用。 然而，SQUID-MEG 需要大量液氦制冷以維持超導(dǎo)狀態(tài)，隨著當(dāng)前全球的氦氣資源緊缺，液氦價(jià)格不斷上漲，再加上我國(guó)基本依賴進(jìn)口，所以SQUID-MEG運(yùn)行成本。此外，SQUID-MEG的傳感器需要固定地布置在巨大的液氦杜瓦中，這使得腦磁圖只能在靜止?fàn)顟B(tài)下工作且無(wú)法有效適配不同大小的頭部，這對(duì)于兒童的使用受到很大限制。上述兩點(diǎn)在很大程度上限制了腦磁圖的普及和應(yīng)用。 "基于原子磁力計(jì)的新型腦磁探測(cè)手段" 原子磁力計(jì)是近些年發(fā)展起來(lái)的具有超高靈敏度的磁力計(jì)（~0.1fT/Hz1/2），不僅具有小型化的磁探頭，可實(shí)現(xiàn)較高的空間分辨率，而且比傳統(tǒng)的SQUID磁力計(jì)制作和運(yùn)行成本低，已進(jìn)入生物磁測(cè)量領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。2010年，Johnson C 等人采用多通道SERF原子磁力計(jì)測(cè)量技術(shù)，采集了聽(tīng)覺(jué)刺激和電刺激后的大腦磁場(chǎng)的信號(hào)。通過(guò)與商用的 SQUID-MEG 系統(tǒng)相比，證明了多通道SERF磁力計(jì)在腦磁方向應(yīng)用的有效性。 2018年，英國(guó)諾丁漢大學(xué)彼得?曼斯菲爾德爵士成像中心的科學(xué)家結(jié)合了原子磁力計(jì)和3D打印技術(shù)，完成了一種“穿戴式"腦磁圖儀設(shè)計(jì)。相較于傳統(tǒng)的275通道腦磁圖設(shè)備（大約有450 kg，且被測(cè)試者頭部相對(duì)于傳感器必須保持靜止），該設(shè)計(jì)只有905 g并且能“私人訂制"，以此有助于傳感器和不同類型測(cè)試者的頭皮表面直接接觸。2021年該中心與Magnetic Shields公司合作設(shè)立Cerca Magnetics公司，推出新型原子磁力計(jì)腦磁圖儀產(chǎn)品。 同年，中科院生物物理所成功構(gòu)建一套12通道的原子磁力計(jì)腦磁圖原型機(jī)，含有可兼容多種探測(cè)器的96通道3D打印可調(diào)型腦磁圖頭盔等創(chuàng)新技術(shù)，并已成功獲得高質(zhì)量腦磁成像信號(hào)。在某些應(yīng)用上，可使用比傳統(tǒng)超導(dǎo)量子干涉儀腦磁圖系統(tǒng)少得多的探頭就能達(dá)到相同或更高的定位精度。該原型機(jī)可有效探測(cè)大腦海馬區(qū)、上丘等傳統(tǒng)腦磁難以有效探測(cè)的腦深部區(qū)域，還可有效應(yīng)用于傳統(tǒng)腦磁圖難以應(yīng)用的低齡兒童、帕金森患者等群體，在發(fā)育心理學(xué)和腦疾病診斷等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。 "技術(shù)優(yōu)勢(shì)" 基于原子磁力計(jì)的MEG系統(tǒng)被是未來(lái)MEG設(shè)備的發(fā)展方向。較于當(dāng)前SQUID-MEG具有以下優(yōu)勢(shì)：1. 可在室溫環(huán)境工作，無(wú)高額的液氦消耗，運(yùn)行成本幾乎為零。2. 傳感器更靠近頭皮表面，所探測(cè)的信號(hào)信噪比更高。3. “穿戴式"設(shè)計(jì)不僅適用于兒童和成人，還可在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行腦磁記錄。4. 設(shè)備體積更小，可以在更小的磁屏蔽環(huán)境中使用，利于應(yīng)用普及。具備諸多優(yōu)勢(shì)的原子磁力計(jì)有望在生物磁測(cè)量領(lǐng)域全新變革。在國(guó)內(nèi)，國(guó)儀量子基于在量子精密測(cè)量領(lǐng)域深厚的技術(shù)積累與應(yīng)用實(shí)踐，研制并發(fā)布了量子自旋磁力儀（SpinMag-I）。 國(guó)儀量子·量子自旋磁力儀 國(guó)儀量子自研的量子自旋磁力儀（SpinMag-I）利用堿金屬原子（Rb-87）外層電子自旋性質(zhì)，以泵浦激光作為操控手段，使堿金屬原子產(chǎn)生自旋極化。在外界弱磁場(chǎng)的作用下，堿金屬原子發(fā)生拉莫爾進(jìn)動(dòng)，改變對(duì)檢測(cè)激光的吸收，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度的磁場(chǎng)測(cè)量。量子自旋磁力儀具有靈敏度高、體積小、能耗低、易于攜帶的特點(diǎn)，未來(lái)將人類在科學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)等磁傳感領(lǐng)域進(jìn)入量子時(shí)代。