Canlı LFP manyetik alan kaydı için gelişmiş TMR sensörlü bir magnetrod

Beynin kıvılcımlarına dokunmadan dinlemek

Beyinlerimiz her saniye küçük elektrik fırtınalarıyla dolup taşar ve bu fırtınaları okumayı öğrenmek, insanların sadece düşünceyle hareket etmesine, iletişim kurmasına veya oyun oynamasına yardımcı olabilecek geleceğin beyin–bilgisayar arayüzlerini güçlendirebilir. Bu çalışma, elektrik ölçmek yerine beyin hücrelerinin oluşturduğu zayıf manyetik alanları algılayarak sinir aktivitesini dinlemenin yeni bir yolunu tanıtıyor; bunun için saç telinden ince bir cihaz olan bir magnetrod kullanılıyor.

Yeni türden çok küçük bir beyin probu

Araştırmacılar, başlangıçta gelişmiş manyetik sensörler için geliştirilen tünelleşme manyetorezistansı (TMR) teknolojisine dayanan minyatür bir prob inşa ettiler. Cihazlarının aktif ucu yalnızca birkaç on mikrometre genişliğindedir; beyne sınırlı hasarla implante edilebilecek kadar küçüktür. Geleneksel bir elektrodun voltaj kaydetmesi yerine bu magnetrod, yakın bir bölgedeki nöron grupları birlikte ateşlediğinde üretilen çok küçük manyetik alanlara tepki verir. Yerel saha potansiyelleri olarak adlandırılan bu birleşik sinyaller, hareket, bellek ve hastalık sırasında beyin hücresi ağlarının nasıl koordine olduğunu yansıtır. Ekip, probu hassas tutarken istenmeyen manyetik gecikmeyi azaltmak için sensör elemanlarını dikkatle şekillendirip birbirine bağladı; böylece beyin aktivitesindeki yavaş ve hızlı değişiklikleri izleyebildi.

En zayıf beyin sinyallerini görmek

Nöronlardan gelen manyetik alanlar son derece zayıf olduğundan, sensör bunları elektronik gürültüden ayırt edebilecek kadar sessiz olmalıdır. Yazarlar, cihazın farklı frekanslarda ve elektriksel sürüş ayarlarında ne kadar rastgele dalgalanma ürettiğini ölçtüler. Birçok beyin ritminin bulunduğu aralığı düşük frekanslı "1 bölü f" gürültüsünün egemen olduğu görüldü. Cihazı besleyen önyargı akımını düşürerek ve sabit sürüşten yüksek frekanslı alternatif sürüşe geçerek bu sorunlu gürültünün güçlü biçimde bastırılabileceğini gösterdiler. Elde edilen algılama sınırları, bir hertzte yalnızca birkaç nanotesla ve daha yüksek frekanslarda daha da küçük değerlerle, önceki implantable manyetik problarla ve implante edilemeyen, çok daha büyük manyetik alan ölçüm cihazlarıyla karşılaştırıldığında avantajlıydı.

Yapay ve gerçek beyin sinyalleriyle test

Problarının yerel saha potansiyellerini sadakatle izleyip izleyemeyeceğini kontrol etmek için ekip önce laboratuvarda kontrollü bir test oluşturdu. İnce bir bakır tel, özel bir nöral sinyal jeneratörüyle sürülerek küçük bir nöron grubunun koordine akımlarını taklit etti. Magnetrod bu telin yakınına, korumalı bir kabin içine yerleştirildi ve çıkışı yükseltildi, filtrelendi ve sonra matematiksel olarak yeniden yapılandırıldı. İşlem sonrası manyetik sinyal, referans yerel saha potansiyeli modeline yakın şekilde eşleşti; bu da sensörün ve elektroniklerinin bu yavaş beyin ritimlerinin şekil ve zamanlamasını geri kazanabildiğini gösterdi.

Canlı bir beynin içinde dinlemek

En önemli test canlı sıçanlarda yapıldı. Araştırmacılar manyetik probu ve standart bir mikroelektrodu, bellekle ilişkili derin bir beyin bölgesi olan hipokampusta birbirlerinden bir milimetrenin onda birinden daha az bir uzaklıkla nazikçe implante ettiler. Her iki cihaz da neredeyse aynı nöron kümesini örneklediğinden, elektriksel ve manyetik kayıtlar doğrudan karşılaştırılabildi. Birkaç 100 saniyelik segment boyunca ekip, her iki sinyaldeki farklı frekans bantlarının gücünü analiz etti. Manyetik ve elektriksel spektrumlar, özellikle teta ve beta aralıklarında, önemli beyin ritmleri boyunca birlikte yükselip düştü ve benzerliği ölçen istatistiksel değer yüksek ve tutarlı kaldı. Buna karşılık, implante edilmeden önce magnetrodun yalnızca arka plan gürültüsünü kaydettiği kayıtlar, elektriksel sinyallerle çok daha zayıf uyum gösterdi; bu da beyin içindeki manyetik izlerin gerçekten nöral aktiviteyi yansıttığını doğruladı.

Beyin ortamına dayanacak şekilde tasarlandı

Herhangi bir implant sıcak, tuzlu beyin sıvısında kararlı kalmalıdır. Dayanıklılığı test etmek için magnetrodlar bir hafta boyunca vücut sıcaklığında yapay beyin omurilik sıvısına batırıldı. Ekip, cihazın test manyetik alanlara tepkisinin ve direncinin ne kadar değiştiğini tekrar tekrar ölçtü. Hem hassasiyet hem de sinyal gücü birkaç yüzdeyi aşmayan düzeyde sürüklenme gösterdi; bu da sensör çevresindeki koruyucu katmanların korozyonu etkili biçimde engellediğini ve probun tipik deneyler için gereken zaman aralıklarında güvenilir okumalar sağlayabileceğini düşündürdü.

Gelecekteki beyin arayüzleri için anlamı

Bu çalışma, küçük bir implante manyetik sensörün, standart elektrotların gördüğüyle aynı beyin ritimlerini izleyebileceğini ve manyetik alanların dokudan daha temiz geçtiği avantajından yararlanabileceğini gösteriyor. Genel bir okuyucu için ana fikir, beynin aktivitesinin yalnızca elektrik yüklerine dokunarak değil, onların manyetik yankılarını hissederek de izlenebileceğidir. Burada geliştirilen magnetrod, kompakt, hassas ve yeterince stabil olup beynin dinlenmesi için yeni bir tür cihaz olarak kullanılabilir; bu da beyin–bilgisayar arayüzleri ve anormal nöral ritimlerle ilişkili bozuklukların incelenmesi için araçları zenginleştirebilir.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: beyin manyetik kaydı, yerel saha potansiyelleri, tünelleşme manyetorezistansı, nöral arayüzler, beyin bilgisayar arayüzü