量子感知 MRI 用于人脑神经电活动的无创检测
医学物理
2026-03-17 v2 量子物理
摘要
神经电活动是人类认知(包括感知、注意、记忆、语言和决策)的基础。然而，其在活人脑中的直接、无创测量仍是根本性挑战。现有的神经成像技术，包括脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)和功能性磁共振成像(fMRI)，受限于灵敏度和空间或时间分辨率之间的权衡。本文提出了量子感知 MRI(qsMRI)，这是一种无创方法，使其能够直接检测神经元放电引起的磁场。qsMRI 利用水分子中内在的质子(1H)核自旋作为内在量子传感器，并解码自由激发衰减信号中的时序相位信息，以推断神经元磁场。我们通过模拟、幽灵实验和在静息状态和运动任务下的人类研究验证了 qsMRI，提供了开放的实验程序以促进独立的严格验证。我们进一步呈现了一个案例研究，表明其对神经疾病的潜在应用。qsMRI 据我们所知，是临床 MRI 平台上首次的人类应用量子感知，可能为一种能够探测皮层和深脑区域神经元放电动力学的非 BOLD 功能成像模态奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2601.16423,
title = {Quantum Sensing MRI for Noninvasive Detection of Neuronal Electrical Activity in Human Brains},
author = {Yongxian Qian and Ying-Chia Lin and Seyedehsara Hejazi and Kamri Clarke and Kennedy Watson and Xingye Chen and Nahbila-Malikha Kumbella and Justin Quimbo and Abena Dinizulu and Simon Henin and Yulin Ge and Arjun Masurkar and Anli Liu and Yvonne W. Lui and Fernando E. Boada},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.16423},
year = {2026}
}
备注
26 pages, 8 figures, 2 tables, and Supplementary Information