Fysikere har arbejdet med at måle den magnetiske felter genereret af en enkelt nerver fra uden for kroppen og ved stuetemperatur.
Biologer har vidst, at nerver producere og reagere på elektriske signaler, siden det 18 århundrede, hvor Luigi Galvani opdagede, at musklerne i en frog ‘ s ben spjæt, når stimuleret af en gnist.
Men den systematiske undersøgelse af de elektriske signaler, der nerver producere måtte vente til begyndelsen af det 20.århundrede for udvikling af følsomme elektriske kontrolapparater såsom cathode ray oscilloskop.
Denne udvikling har revolutioneret den forståelse af nervesystemets funktion. De måder, nerver adfærd signaler kan være en stærk indikator for sygdomme som multipel sklerose, og kan endda registrere bestemte typer af forgiftning.
Og endnu metoden har også visse ulemper. For eksempel, måling af elektriske signaler i nerver ved at indsætte en nål-lignende elektrode er noget invasive, og den blotte tilslutning af en elektrode til en nerve kan ændre signalet, hvilket gør resultaterne vanskelige at fortolke. Så neuroforskere har længe håbet på en noninvasiv teknik, der kan gøre arbejdet i stedet.
Der kan være ved at ske tak til arbejde af Kasper Jensen, Københavns Universitet i Danmark og et par venner, der har udviklet en let måde at måle de magnetiske felter, der er forbundet med elektriske signaler i nerver. Den teknik, der kunne bane vejen for en ny generation af diagnostiske værktøjer til at spotte sygdomme, som er forbundet til nervesystemet funktion og for at forstå den grundlæggende funktion af nerver.
Første, nogle grundlæggende. Når en nerve, brande, det sender et elektrisk signal kaldet en handling potentiale langs dens længde. Denne elektriske impuls, også genererer et magnetisk felt. Forskere har været i stand til at måle denne puls siden 1980’erne ved hjælp af SQUID magnetometer, der skal omhyggeligt afkølet til superledende temperaturer.
Den sansende del af enheden er en lille spole, gennem hvilken nerve er til at køre. Så er denne teknik kan anvendes til in vivo-måling. Og selv om disse enheder er blevet mere praktisk, de er stadig afhængige af superledende teknologi, som det er dyrt at oversætte til en klinisk indstilling.
Så en måde at måle disse magnetiske felter på afstand og ved stuetemperatur ville være enormt nyttigt. Og det er præcis, hvad Jensen og co har gjort.
Disse fyre har indbygget en sensor, der bruger en laserstråle til at påvise effekten af et magnetisk felt på gasformige cæsium atomer, som polarisere lys, når de er magnetiseret. Såkaldte optiske magnetometre er enormt kraftfulde enheder, der er begrænset i følsomhed kun af kvantemekaniske effekter, såsom quantum skudt støj i lyset.
Det er vigtigt, fordi, i det mindste i teorien, det giver dem mulighed for at opdage de områder, der er forbundet med nerver på en afstand af flere millimeter. Så de kan sidde udenfor kroppen, mens måling af et felt, der er produceret i det.
Der er en anden vigtig fordel. Optisk magnetometre arbejde udmærket ved stuetemperatur og endnu bedre og kropstemperatur. Sensorerne er også små—blot et par millimeter på tværs, så de er ideelle til klinisk indstillinger. Ja, de har været brugt ved forskellige lejligheder til netop dette formål.
Men indtil nu, er disse kliniske enheder har aldrig arbejdet på quantum grænse, og så har der ikke været følsomme nok til at detektere de felter fra de enkelte nervefibre.
Det gennembrud, som Jensen og co har opnået, er at drive en optisk magnetometer på quantum grænse ved stuetemperatur for første gang i denne biologiske indstilling.
Jensen og co sætte enheden gennem sine skridt ved at registrere det magnetiske felter genereret af frøen ischiadicus nerver fra et par millimeter væk. Dette område viser sig at være i omegnen af et par picoTesla men sub-picoTesla målinger er muligt. Til sammenligning er Jordens magnetfelt er nogle af tre størrelsesordener stærkere.
Enheden kan fungere kontinuerligt, som gav holdet mulighed for at måle form af det magnetiske felt, der genereres af den nerve, som det bliver stimuleret. “Vi har udført noninvasiv påvisning af nerveimpulser fra frog iskiasnerven ved at måle den magnetiske felt, der genereres af den nerve med en rum-temperatur-sensor med nær quantum begrænset følsomhed,” siger Jensen og co.
Det er interessant arbejde, der har vigtige anvendelser i medicinsk diagnostik. “Magnetometer [er] perfekt til medicinsk diagnostik i fysiologisk/de kliniske områder som cardiography af fostre, synaptic svar i nethinden, og meg,” siger team.
Det vil helt sikkert ikke vare længe, før dette hold, eller en anden, begynder at gøre netop disse typer af målinger i forsøgspersoner. Så det er bare muligt, at denne udvikling vil have en tilsvarende indvirkning på undersøgelse af nerve ledningsforstyrrelser samt udvikling af følsomme elektriske kontrolapparater i 1920’erne.
Ref: arxiv.org/abs/1601.03273 : Non-Invasiv Påvisning af Dyrs Nerve-Impulser med en Atomar Magnetometer, der Opererer i Nærheden af Quantum Begrænset Følsomhed