Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

מגנטרוד מתקדם מבוסס חיישן TMR להקלטת שדה מגנטי LFP תוך-גופית

· חזרה לאינדקס

להקשיב למוח מבלי לגעת בלהטיו החשמליים

המוחות שלנו מלאים בסערות חשמליות זעירות בכל שנייה, וללמוד לקרוא סערות אלה יכול להניע ממשקי מוח–מחשב עתידיים שיעזרו לאנשים לזוז, לתקשר או אפילו לשחק דרך מחשבה בלבד. המחקר הזה מציג דרך חדשה להאזין לפעילות המוח — לא על ידי מדידת חשמל ישירה, אלא על ידי חישה של שדות מגנטיים חלשים שיצרו תאי המוח, באמצעות מכשיר עדין כדוגמת מגנטרוד.

גלאי מוח זעיר מסוג חדש

החוקרים בנו גלאי מיקרוסקופי מבוסס על תופעת התנגדות מגנטית מנהורית (tunneling magnetoresistance), טכנולוגיה שפותחה במקור לחיישנים מגנטיים מתקדמים. הקצה הפעיל של המכשיר שלהם הוא ברוחב של עשרות מיקרומטרים בלבד — קטן מספיק להשתלה למוח עם נזק מוגבל. במקום להקליט מתח כמו אלקטרודה מסורתית, המגנטרוד מגיב לשדות מגנטיים זעירים המופקים כשהרבה נוירונים באזור קרוב מתפוצצים יחד. אותות משולבים אלה, המכונים פוטנציאלים שדה מקומיים, משקפים כיצד רשתות תאי מוח מתואמות בזמן תנועה, זיכרון ומחלות. הצוות עיצב וחיבר בקפידה את רכיבי החיישן כדי לשמור על רגישות הגבוהה ולהקטין עיכוב מגנטי בלתי רצוי, כך שיוכל לעקוב אחרי שינויים איטיים ומהירים בפעילות המוח.

Figure 1. גלאי מושתל זעיר מקשיב ללחישות המגנטיות של המוח ומשדר אותן למכשיר חיצוני לממשקי מוח-מחשב.
Figure 1. גלאי מושתל זעיר מקשיב ללחישות המגנטיות של המוח ומשדר אותן למכשיר חיצוני לממשקי מוח-מחשב.

לראות את האותות החלשים ביותר של המוח

מכיוון שהשדות המגנטיים מהנוירונים חלשים מאוד, החיישן חייב להיות שקט מספיק כדי לגלותם מתוך רעש אלקטרוני. המחברים מדדו עד כמה נדנוד אקראי המכשיר יוצר בתדרים ובמצבי הספק שונים. הם מצאו שרעש נמוך-תדר מסוג "1 על f" שולט בטווח שבו נמצאים קטעים רבים של קצביות מוחית. על ידי הורדת זרם ההטיה שמזין את המכשיר והמעבר מהנעה רציפה להנעה מתחלפת בתדירות גבוהה, הם הראו שניתן לדכא בחוזקה את הרעש הבעייתי הזה. גבולות הגילוי שהתקבלו — רק כמה ננוטסלה ב-1 הרץ ואף פחות בתדרים גבוהים יותר — השוו לטובה מול גלאים מגנטיים מוטמעים קודמים ומול מכשירי שדה מגנטי גדולים בהרבה שלא ניתנים להשתלה.

בדיקה עם אותות מלאכותיים ומוחיים

כדי לבדוק אם הגלאי שלהם יכול לעקוב בנאמנות אחרי פוטנציאלים שדה מקומיים, הצוות קודם יצר בדיקה מבוקרת במעבדה. חוט נחושת דק, מונע על ידי גנרטור אותות עצביים מיוחד, חיקה את הזרמים המתואמים של קבוצה קטנה של נוירונים. המגנטרוד הוצב קרוב לחוט בתוך אריזה ממוגנת, ופלטו הוגבר, נסנן ואז שוחזר מתמטית. לאחר עיבוד, האות המגנטי התאמה במדויק לתבנית פוטנציאל השדה המקומי שבשליטה, והדגים שהחיישן והאלקטרוניקה שלו יכולים לשחזר את צורת וזמני הקצביות המוחית האיטית האלה.

הקשבה בתוך מוח חי

הבדיקה החשובה ביותר נערכה בחיות חיות — בחולדות. החוקרים שתלו בעדינות את המגנטרוד ואלקטרודה מיקרו סטנדרטית במרחק פחות מרבע המילימטר זה מזה בהיפוקמפוס, אזור מוח עמוק המעורב בזיכרון. מכיוון ששני המכשירים דגמו כמעט את אותה אשכולת נוירונים, ניתן היה להשוות ישירות בין ההקלטות החשמליות והמגנטיות. בכמה מקטעים של מאות שניות בחנו את עוצמות רצועות תדר שונות בשני האותות. ספקטרות המגנטית והחשמלית עלו וירדו יחד בטווחי הקצביות המרכזיים, במיוחד בטווחי תטא ובטא, ומדד סטטיסטי של דמיון נשאר גבוה ועקבי. לעומת זאת, הקלטות שנעשו מהמגנטרוד לפני ההשתלה, כאשר הוא קלט רק רעש רקע, הראו התאמה נמוכה בהרבה עם האותות החשמליים, מה שמאשר שהעקבות המגנטיות בתוך המוח אכן שיקפו פעילות עצבית.

Figure 2. מבט ממוקד על נוירונים שיוצרים גלים המתעקלים לתוך חיישן מגנטי סמוך וזורמים החוצה כאותות מעובדים.
Figure 2. מבט ממוקד על נוירונים שיוצרים גלים המתעקלים לתוך חיישן מגנטי סמוך וזורמים החוצה כאותות מעובדים.

בנוי לשרוד בסביבה המוחית

כל שתל חייב להישאר יציב בנוזל המוח החם והמלוח. כדי לבחון עמידות, המגנטרודים הוטבלו בנוזל מוח-שדרתי מלאכותי בטמפרטורת גוף למשך שבוע. הצוות חזר על מדידות של תגובת המכשיר לשדות מגנטיים מבחן וכמה התנגדותו השתנתה. הן הרגישות והן עוצמת האות סטו בפחות ממספר אחוזים, מה שמרמז שהשכבות המגנות סביב החיישן חסמו ביעילות קורוזיה ושהגלאי יכול לספק קריאות אמינות לאורך טווחי הזמן הנדרשים לניסויים טיפוסיים.

מה משמעות הדבר עבור ממשקי מוח עתידיים

העבודה הזו מראה שמכשיר מגנטי מושתל זעיר יכול לעקוב אחרי אותות הקצביות של המוח שאלקטרודות סטנדרטיות מזהות, תוך ניצול העובדה ששדות מגנטיים עוברים באופן נקי יותר דרך רקמות. לרגיל הקריאה: הרעיון המרכזי הוא שאפשר לנטר את פעילות המוח לא רק על ידי מגע במטענים החשמליים שלו, אלא גם על ידי חישה של הדהודיהם המגנטיים. המגנטרוד המתואר כאן קומפקטי, רגיש ויציב מספיק לשימוש כחשיפה חדשה למוח — עם פוטנציאל להעשיר כלים לממשקי מוח–מחשב ולחקר הפרעות הקשורות לקצבים עצביים חריגים.

ציטוט: Wang, Y., Luo, J., Zhang, C. et al. An advanced TMR sensor-based magnetrode for in vivo LFP magnetic field recording. Microsyst Nanoeng 12, 177 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01262-9

מילות מפתח: הקלטת שדה מגנטי מוחי, פוטנציאלים שדה מקומיים, מגנומתחולל מעלות-מנהור, ממשקי עצב, ממשק מוח-מחשב