大国重器,杭州研究!人脑发出的这种“极弱磁场”,是传说中的“第六感”吗?

2022-05-28 20:31:06

有人说,两个人互相思念达到一定的强度,就会产生磁场。显然,这并不属于物理科学研究的范畴,只是人们表达强烈情感的一种方式。

现代科学技术揭示,一切物质都有磁性,任何空间都存在磁场。

譬如人类大脑,产生的磁场有多强?

非常微弱,大约是 100 fT(磁感应强度单位),大概是地球磁场的十亿分之一。

那么,我们能否捕捉住这么弱的磁场,来研究它和人类一些脑部疾病的关联性进而来进一步利用呢?

毕竟已有一些医学事实证明了这种可能性,比如癫痫等大脑紊乱疾病,就需要高灵敏度的探测器来检测大脑中的微弱磁场,从而帮助医生获得可用于治疗的关键信息。

这样具有无比想象力的前景,让人兴奋。

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5月26日,杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院揭牌,研究的就是“极弱磁场”。

研究院成立于2020年12月,位于滨江区。

这是一所由浙江省、杭州市、滨江区三级政府共建的高能级新型研发机构,承担北京航空航天大学极弱磁场重大科技基础设施的培育、建设、运行维护和技术升级。

研究院定下了两个目标:

十年内,建成具有一定国际影响力的国家级重大科技创新平台、科技创新高地和产学研用合作基地。

远期,建成具有重要国际影响的极弱磁场国家实验室和国际零磁科学中心。

什么是极弱磁场?

磁场,广泛存在于自然界中。而且,绝大多数物质都有弱磁性,只有少数物质在一定条件下才会呈现出强磁性。

弱磁性物质所表现的各种现象,叫做“弱磁现象”,以此形成的“弱磁学”,是研究物质的弱磁性现象、本质、规律和应用的学科,是磁学的一个分支。

在物理学中,磁场的强弱,会用磁感应强度来表示。磁感应强度越大,表示磁感应越强,磁感应强度越小,则表示磁感应越弱。

“极弱磁场”,就是特指很难测量到或者无法感知到的磁场。

对于极弱磁场的精确测量,在地磁导航、地质资源勘探、科学研究、国防建设与医疗仪器等领域,都有广泛的应用。而要精确测量到极弱磁场,就需要超高灵敏的磁场测量装置。

目前,杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院已建成包括“超高灵敏极弱磁心脑磁成像测量科学研究装置”“基于SERF的超高灵敏极弱磁场测量研究装置”等在内的多台国内唯一、世界先进的科研仪器装备。

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大脑的磁场是地球的十亿分之一

如何被检测到?

再回过头来说极弱磁场和脑补疾病治愈之间的可能性。

如果要问“超高灵敏极弱磁场和惯性测量装置”重大科技基础设施到底有什么用,可以概括为三个方面。

1.产生新的科学发现:神经信号测量与脑科学研究,实现“精准测量”,前沿物理学EDM(电偶极矩)等重大命题验证。

2.攻克重大心脑疾病发病机理:超高分辨率极弱磁成像技术,实现“高清成像”。

3.实现高端医疗装置“中国制造”:极弱磁成像代替功能核磁,推动高端医疗装备跨代发展。

以“攻克重大心脑疾病发病机理”为例,极弱脑磁或者心磁超高分辨率成像装置,将为科学家和医生带来更好的诊断工具。

在脑疾病诊断方面,目前基于结构成像的医疗设备,无法对癫痫、发育性脑疾病、退行性脑疾病,还有其他精神类疾病等进行有效的诊断。而脑磁成像在这类疾病的诊断上,就有着很大的优势。

极弱脑磁心磁超高分辨率成像,可为癫痫、脑血管病、儿童发育类脑疾病、退行性脑疾病提供一种被动、无损、可穿戴、高灵敏的新型技术手段。

这样的成像装备,已经被国内上千家医院迫切需要。

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传统的心脏疾病诊断依赖于心电,但心电检测的灵敏度和空间分辨率比较低,难以满足需求。相比传统心电检测,心磁检测灵敏度和空间分辨率都有了大幅的提高,为重大心脏疾病诊断提供了一种颠覆性技术。

在心脏疾病诊断方面,极弱心磁成像具有特异性、高灵敏、高空间分辨率、探头灵活、非接触等特点,可在很多医学应用派上用场。

比如,心率失常类疾病的高精度心磁溯源定位、辅助制定手术预案、术后康复评估、缺血性心脏病、胎儿心磁的非接触快速诊断、心脏活力评估、胎儿心律失常、生长发育评估的早期诊断等。

杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院由中国科学院院士、北京航空航天大学学术委员会主任房建成教授担任理事长、首席科学家和总设计师。

房建成说,“超高灵敏极弱磁场和惯性测量装置”将建成世界唯一、性能最高、空间最大的“零磁”空间,提供极限弱磁环境和极限测量手段。

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这种极限测量手段,将如何改变世界?

房建成在接受《中国科学报》采访时曾回答了这个问题。

在面向世界科技前沿方面,脑科学研究的瓶颈让超高灵敏神经信号测量和脑磁图研究装置成为迫切需要,超高灵敏极弱磁场测量技术将为此作出贡献,并有望支撑零磁科学从“0”到“1”的原创研究。

在面向国家重大需求方面,磁异常探测及深空磁探测对维护国家海洋和太空安全至关重要,需要开展基于新机理的新一代更高精度磁强计研发。

在面向人民生命健康方面,灵敏度不断提高的原子磁强计,将助力帕金森、阿尔茨海默和老年心衰等重大心脑疾病的研究和诊疗,而基于极弱磁测量变革性技术的高端心脑磁成像装置,有望助力自闭症、抑郁症、神经功能障碍、心力衰竭等重大疾病的诊断。

杭州:争取建成综合性国家科学中心

重大科技基础设施,是为探索未知世界、发现自然规律、引领技术变革提供极限研究手段的大型复杂科学技术研究装置或系统。

作为国家创新体系的重要组成部分,重大科技基础设施是解决重点产业“卡脖子”问题、支撑关键核心技术攻关、保障经济社会发展和国家安全的物质技术基础,是抢占全球科技制高点、构筑竞争新优势的战略必争之地。

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杭州之所以有活力,正是因为勇于创新。

过去五年,杭州一直把“创新活力之城”建设工作摆在突出位置。

未来五年,杭州要“推进高水平科技自立自强,打造创新创业的新天堂”。

在“加快建设全球创新策源地”这一任务中,杭州就提到加快推进世界级大科学装置建设,争取更多“国之重器”落户杭州。

“超高灵敏极弱磁场和惯性测量装置”国家重大科技基础设施项目,便是浙江省唯一纳入《国家重大科技基础设施“十四五”规划》的重点项目。

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眼下,杭州已经把“争取建成综合性国家科学中心”作为统领“十四五”科技创新的全局性工作来推进。

建设综合性国家科学中心,需要重大科学装置的支撑。

在高端创新平台建设方面,之江实验室、西湖大学、阿里达摩院、北航杭州创新研究院等新型研发机构已经初成规模,国家超重力离心模拟与实验装置等重大科学装置(平台)的建设正在加快推进。

杭州极弱磁场重大科技基础设施这一“国之重器”的加入,将为杭州加强前沿基础研究、强化杭州的创新能力、建设综合性国家科学中心打下重要基础。



橙柿互动记者 林建安

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