Mampu Deteksi Penyakit Kerusakan Otak

Teknologi kuantum yang bekerja pada material tingkat atom dan subatom dapat juga dipakai untuk mendeteksi penyakit kerusakan otak seperti demensia, alzheimer, dan parkinson. Para ilmuwan pada University of Sussex, di Inggris, misalnya menciptakan sensor kuantum yang dapat membantu dokter mengidentifikasi penyakit tersebut.
Sensor kuantum bekerja dengan melacak gelombang otak pasien dan memantau bagaimana kecepatan mereka berubah dari waktu ke waktu. Sensor, yang didasarkan pada teknik neuroimaging resolusi tinggi dan spasial real-time yang dikenal sebagai magnetoencephalography (MEG).
Berjalan dengan menggunakan serangkaian perangkat kuantum yang disebut optically-pumped magnetometers (OPMs). Perangkat ini berperan dalam memetakan medan magnet kecil yang dihasilkan ketika neuron masuk.
"Otak mengirimkan sinyal listrik. Jika digunakan untuk memantau pasien selama beberapa bulan, para peneliti mengatakan sensor baru dapat mengidentifikasi penurunan kecepatan transmisi sinyal otak yang mungkin terkait dengan patologi," ujar pemimpin grup Sistem dan Perangkat Quantum di University of Sussex seperti dikutip laman Physic World.
Ia mengatakan sensor kuantum merupakan teknik neuroimaging non-invasif pada otak. Cara ini memberi informasi tentang respons dan proses saraf, dari waktu ke waktu untuk mendeteksi perubahan yang terjadi.
Dengan sensor MEG menawarkan memungkinkan untuk mengukur potensi postsinaptik sel-sel otak yang terletak tepat di bawah permukaan kulit kepala secara non-invasif, secara real time dan dengan resolusi spasial yang tinggi. Alat ini telah terbukti dapat mengevaluasi sinyal kortikal abnormal pada pasien dengan alzheimer, parkinson, gangguan spektrum autisme dan bahkan kasus gangguan stres pascatrauma yang parah.
Kekurangannya adalah bahwa MEG harus dilakukan di ruangan khusus yang dilindungi magnet untuk mengurangi kebisingan magnetik dari lingkungan. Pasalnya gangguan magnetik sering kali jauh lebih tinggi daripada medan neuro magnetik yang berada dalam rentang femtotesla hingga picotesla.
Selain itu, sebagian besar sistem MEG saat ini mendeteksi medan kecil ini menggunakan perangkat interferensi kuantum superkonduktif (superconductive quantum interference devices/SQUID), yang memerlukan pendinginan kriogenik yang besar. Ini berarti alat ini tidak dapat ditempatkan di dekat dengan kepala pasien, membatasi resolusi spasial dan temporal dari pemindai MEG berbasis SQUID.
Kruger menjelaskan, sekitar pergantian milenium, para peneliti mengembangkan alternatif yang dikenal sebagai OPM bebas-relaksasi pertukaran putaran (spin-exchange relaxation-free/SERF). Ketika atom-atom mengalami perubahan dalam medan magnet lokalnya, maka akan memancarkan cahaya secara berbeda. Oleh karena itu, ketika peneliti menyinari sinar laser pada atom, fluktuasi cahaya yang dipancarkan mengungkapkan perubahan aktivitas magnetik di otak.
Peneliti lain seorang Mahasiswa PhD dari University of Sussex Aikaterini Gialopsou menjelaskan OPM-MEG merekam pola spatio-temporal dari sinyal saraf pada sukarelawan yang merespons rangsangan visual. Mereka kemudian membandingkan pola-pola ini dengan yang diperoleh oleh SQUID-MEG konvensional, menunjukkan bahwa sensor baru ini lebih baik dalam melacak sinyal otak baik dalam ruang dan waktu.
"Kami menemukan bahwa teknik penginderaan kuantum ini dapat menggabungkan resolusi spasial dan temporal yang tinggi. Sementara teknik sebelumnya dapat menemukan sinyal di otak, teknik ini adalah yang pertama merekam waktu yang tepat dari sinyal otak."
Menurut Kruger, sensor kuantum baru ini akurat dalam milidetik dan memiliki resolusi spasial hanya milimeter. Dia dan rekan-rekannya sekarang bertujuan untuk meningkatkan kualitas gambar mereka lebih jauh dengan meningkatkan jumlah sensor di pemindai OPM-MEG mereka. Saat ini, ini dilakukan dengan mendekatkan masing-masing sensor.
Meskipun pendekatan ini mudah, pendekatan ini dengan cepat mencapai batasnya karena pembicaraan silang antara sensor, panas berlebih, dan kesulitan lain dalam meningkatkan sensor individual ke seluruh rangkaian pencitraan, Gialopsou menjelaskan.
"Kami menangani masalah ini dengan cara yang berbeda secara fundamental dengan mengintegrasikan susunan sensor OPM berdensitas tinggi berdasarkan teknik fabrikasi mikro standar dan sumber daya bersama," katanya.
"Array modular pertama yang dikembangkan dalam grup kami dapat dengan mudah dikonfigurasi ulang, memungkinkan pembuatan prototipe cepat skema penginderaan baru dan optimalisasi komponen sensor dan sistem kontrol," ujar dia. hay