Um sensor portátil que pode detectar minúsculos sinais biomagnéticos do cérebro e do coração – sem a dispendiosa proteção magnética necessária pelas atuais técnicas magnetoencefalográficas – foi desenvolvido por pesquisadores nos EUA. A configuração de baixo custo, que é pequena o suficiente para caber em uma mochila, pode operar com sucesso mesmo perto de linhas elétricas e ferroviárias e pode ser aplicada em triagem de campo, interfaces cérebro-máquina e até navegação magnética precisa.
A magnetometria na forma de magneto e eletroencefalografia (MEG e EEG) pode fornecer informações vitais sobre o cérebro humano e a função cardíaca, com resoluções que excedem as técnicas alternativas, como ressonância magnética funcional e tomografia por emissão de pósitrons (PET). Os sistemas MEG comerciais, no entanto, são caros para operar e possuem uma área útil considerável – exigindo sistemas de blindagem magnética em larga escala e de refrigeração criogênica – o que também limita as atividades que eles podem ser usados para estudar.
Em seu novo estudo, no entanto, o físico Mark Limes, da Twinleaf, e colegas da Universidade de Princeton se concentraram em magnetômetros atômicos bombeados opticamente para medir os campos biomagnéticos. Eles usam lasers para fazer os átomos dos vapores de metais alcalinos girarem coerentes – e subsequentemente para medir como eles são perturbados pela presença de campos magnéticos, com a magnetização a granel precessando em torno do campo de interesse.
Uma parte essencial para permitir que o sensor funcione em ambientes menos controlados, explica Limes, está nessa medição de precessão livre. “Muitos sensores magnéticos são sistemas ressonantes, totalmente ópticos ou que requerem alguma manipulação de campo magnético, como a radiofrequência aplicada”, diz ele. “Qualquer sistema ressonante em um ambiente barulhento tem loops de feedback que rastreiam o campo magnético e geralmente têm uma largura de banda limitada de maneira significativa”.
Os problemas surgem porque o feedback do campo magnético só pode ser controlado tão bem – o que significa que as técnicas que teoricamente devem funcionar bem em campos magnéticos do tamanho da Terra acabam, na prática, apenas trabalhando de forma viável em ambientes altamente controlados e com proteção magnética. “Não precisamos rastrear o campo magnético ou fornecer feedback, pois o ponto crucial de nossa medição é observar passivamente os átomos responderem ao campo magnético total”, explica Limes.
Ainda assim, magnetômetros atômicos anteriores também só podiam operar efetivamente em ambientes blindados. A segunda parte do novo design envolve o acoplamento de dois sensores para formar um gradiômetro magnético. “Você pode ter um magnetômetro realmente bom, mas na faixa de frequência em que os sinais do cérebro e do coração estão, o magnetômetro será totalmente inundado pelo ruído magnético ambiental de linhas de energia, transformadores ou até o trilho de trem local”, disse Limes ao Physics World. O “salto impressionante” do presente trabalho em direção a aplicações práticas como imagens médicas, ele acrescenta, vem da junção de dois sensores, para que “rejeitem fontes distantes de campos magnéticos de modo comum que servem como ruído de fundo, mantendo a sensibilidade a fontes biomagnéticas próximas “.
Em testes de campo, o protótipo de dispositivo gradiômetro foi capaz de captar a atividade cerebral no córtex de áudio do sujeito em resposta a estímulos sonoros aleatórios – apesar de as experiências serem conduzidas em um ambiente natural e não protegido, a menos de 750 m da linha ferroviária principal e dentro apenas 75 m de linhas de energia elétrica.
“Nosso sensor é realmente sem precedentes e abre alguns novos regimes e aplicações, incluindo sensores à base de álcalis portáteis ou usáveis”, conclui Limes.
“Medir sinais biomagnéticos originários do coração ou do cérebro humano é uma tarefa árdua, exigindo sensores magnéticos com sensibilidade excepcional”, comenta Nathanial Wilson, físico da Universidade de Adelaide que não participou do presente estudo. Ele acrescenta: “Este trabalho efetivamente preenche a lacuna entre experimentos de mesa e aplicativos do mundo real e abre caminho para dispositivos portáteis de custo perdido para uso diagnóstico em um ambiente clínico”.
“Este é um passo muito significativo, pois isso torna a magnetometria no nível da femtotesla prática”, acrescenta Dmitry Budker, físico da Universidade da Califórnia, Berkeley, que também não participou do presente estudo. “Agora, os cientistas podem focar no desenvolvimento do magnetômetro para pesquisar em aplicações do mundo real.”
Com o estudo inicial concluído, os pesquisadores agora buscam melhorar a precisão e a sensibilidade de seus sensores – para que possam competir com os detectores MEG criogênicos existentes no dispositivo de interferência quântica supercondutora (SQUID) – após o que pretendem construir um conjunto de sensores para demonstrar que os sistemas podem executar a localização da fonte necessária para os estudos de MEG.
Publicado em 06/08/2020 07h45
Artigo original:
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: