在人们出现痴呆等脑部疾病症状之前，脑组织通常已经发生了轻微的变化。可能是大脑的某些部分正在肿胀或蛋白质团块正在形成。这些微小的变化可能会影响大脑中神经细胞如何相互发送信号和通信，以及如何处理和记忆信息。

医学科学家希望研究疾病早期阶段发生的这些微小变化。这样，目的是更多地了解该疾病的原因，以提供新的见解和更有效的治疗方法。如今，对大脑的显微研究采用以下两种策略之一进行：对患有所研究疾病的动物或已故患者的脑组织样本进行光学检查，或者使用电线、着色或光测量神经细胞的信号。

然而，这些方法有一些局限性：它们可能会损坏组织或改变信号。此外，它们的工作原理可能会有所不同，具体取决于您正在研究的组织;来自与特定疾病有关的神经细胞某些部分的信号可能很难测量。

测量现场，而不是样品

来自DTU、哥本哈根大学、哥本哈根大学医院、索邦大学和莱比锡大学的科学家们找到了一种无需接触或插入针头探针即可测量脑组织信号的方法。他们通过测量神经细胞在交流时产生的微弱磁场来实现这一点。在此过程中，他们利用了磁场在组织中传播不变的事实。

“总的来说，我们的想法是感应磁场最终是非侵入性的。您无需插入电极或探针或对要分析的组织进行染色。因为人们可以接收到感应磁场，所以无需在系统中插入物理传感器或对其进行其他修改，就可以获取有关活动的信息。”DTU物理学副教授AlexanderHuck说道，他负责监督该项目，也是该项目的合著者。学习。

测量人体感应的磁场从根本上来说并不是什么新鲜事，但它通常需要体积庞大且需要低温冷却的特殊设备。因此，传统方法不适合测量小型活组织样本，更不用说人脑组织了。

在这个项目中，科学家团队正在利用人造钻石晶体中微小的、故意的缺陷。这些缺陷被称为色心，或者从技术上讲，称为氮空位中心/NV中心。术语NV中心源自这样一个事实：在金刚石中，一个碳原子被氮原子取代并位于空位(即不存在原子的位置)旁边。这使得中心允许光吸收，并在释放能量时发射光。

“这些NV色心还具有一个带自旋的有效不成对电子，如果存在磁场，电子的自旋就会围绕该磁场振荡。因此，如果磁场增加或减少，它的振荡就会快一点或慢一点，我们可以通过NV色心的光发射来测量这些变化，”AlexanderHuck解释道。

仍处于早期阶段

实验设置如下：在厘米级的室中，将一片脑组织放置在铝箔绝缘层上。金刚石镶嵌在腔室底部绝缘层下方的一个孔中。然后将绿色激光和微波天线瞄准钻石的色心，并记录钻石的光发射。当科学家刺激组织中的神经元同时放电时，他们可以测量颜色中心发出的光的亮度变化。

至关重要的是，激光和微波永远不会到达脑组织——在这种情况下不是真正的人脑，而是来自小鼠大脑的组织——磁场的变化可以简单地使用NV颜色中心来跟踪。

“当脑组织中的神经元采样时，会感应出一个磁场，然后改变光发射和钻石的亮度，我们将其记录为光信号，”亚历山大哈克说。

在他们的实验中，科学家们可以区分来自不同类型神经细胞的信号。他们使用一种经过验证的技术来检查测量结果，该技术接触组织并直接测量电流。他们还展示了如何通过使用阻断神经细胞中特定通道的药物来人为地改变组织中的神经元活动。

“最终，我们的想法是，当您怀疑患有某种神经退行性疾病的患者时，您可以使用从我们的实验中得出的方法来诊断精确的病情，”AlexanderHuck总结道。然而，他强调，要实现这一目标还需要做大量的工作：

“如果我们将我们的技术与当今使用的其他方法进行比较，这些方法已经存在了几十年，仍然比我们现在能做的更好。我们还处于早期阶段，在这项技术能够转移并应用于临床环境之前，还需要做更多的工作。NV中心的研究和探索其最合适的应用领域仍处于早期阶段——这是一个新兴领域。”