Die mächtigste Waffe einer großen Nation: Forschung in Hangzhou! Ist dieses „extrem schwache Magnetfeld“, das vom menschlichen Gehirn ausgesendet wird, der legendäre „sechste Sinn“?

Manche Leute sagen, dass ein Magnetfeld entsteht, wenn die Sehnsucht zweier Menschen nacheinander eine bestimmte Intensität erreicht. Dies fällt offensichtlich nicht in den Bereich der physikalischen Forschung, sondern ist lediglich eine Möglichkeit für Menschen, starke Emotionen auszudrücken.

Die moderne Wissenschaft und Technologie haben gezeigt, dass alle Materie magnetisch ist und dass in jedem Raum magnetische Felder vorhanden sind.

Wie stark ist beispielsweise das vom menschlichen Gehirn erzeugte Magnetfeld?

Es ist sehr schwach, etwa 100 fT (Einheit der magnetischen Induktionsintensität), was etwa einem Milliardstel des Magnetfelds der Erde entspricht.

Können wir also ein so schwaches Magnetfeld erfassen, um seinen Zusammenhang mit einigen menschlichen Gehirnerkrankungen zu untersuchen und es dann weiter zu nutzen?

Immerhin gibt es einige medizinische Fakten, die diese Möglichkeit belegen. So sind etwa bei Hirnerkrankungen wie Epilepsie hochempfindliche Detektoren erforderlich, die schwache Magnetfelder im Gehirn erkennen und den Ärzten so dabei helfen, wichtige Informationen für die Behandlung zu gewinnen.

Solch eine fantasievolle Aussicht ist aufregend.

Am 26. Mai wurde die bedeutende wissenschaftliche und technologische Infrastruktur des Hangzhou Institute of Extremely Weak Magnetic Fields eröffnet. Der Forschungsschwerpunkt des Instituts liegt auf „extrem schwachen Magnetfeldern“.

Das Institut wurde im Dezember 2020 gegründet und befindet sich im Bezirk Binjiang.

Dies ist eine neue Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf hohem Niveau, die gemeinsam von den Regierungen der Provinz Zhejiang, der Stadt Hangzhou und des Bezirks Binjiang errichtet wurde. Es ist für die Entwicklung, den Bau, den Betrieb und die Wartung sowie die technologische Modernisierung der wichtigsten wissenschaftlichen und technologischen Infrastruktur für extrem schwache Magnetfelder der Beihang-Universität verantwortlich.

Das Institut hat sich zwei Ziele gesetzt:

Innerhalb von zehn Jahren werden wir eine bedeutende nationale wissenschaftliche und technologische Innovationsplattform, ein Hochland der wissenschaftlichen und technologischen Innovation sowie eine Kooperationsbasis für Produktion, Bildung, Forschung und Anwendung mit einem gewissen internationalen Einfluss aufbauen.

Langfristig sollen ein nationales Labor für extrem schwache Magnetfelder und ein internationales Zentrum für Nullmagnetforschung mit bedeutender internationaler Ausstrahlung entstehen.

Was ist ein extrem schwaches Magnetfeld?

Magnetfelder sind in der Natur weit verbreitet. Darüber hinaus sind die meisten Substanzen schwach magnetisch und nur wenige Substanzen weisen unter bestimmten Bedingungen einen starken Magnetismus auf.

Die verschiedenen Phänomene, die schwach magnetische Materialien aufweisen, werden als „schwache magnetische Phänomene“ bezeichnet. Die daraus entstandene „Wissenschaft des schwachen Magnetismus“ ist eine Disziplin, die sich mit den Phänomenen, der Natur, den Gesetzen und den Anwendungen der Materie des schwachen Magnetismus beschäftigt. Es ist ein Zweig des Magnetismus.

In der Physik wird die Stärke eines Magnetfelds durch die magnetische Induktionsintensität ausgedrückt. Je größer die magnetische Induktionsintensität, desto stärker ist die magnetische Induktion, und je kleiner die magnetische Induktionsintensität, desto schwächer ist die magnetische Induktion.

Mit „extrem schwachem Magnetfeld“ ist insbesondere ein Magnetfeld gemeint, das schwer zu messen oder gar nicht wahrnehmbar ist.

Die präzise Messung extrem schwacher Magnetfelder bietet ein breites Anwendungsspektrum in der geomagnetischen Navigation, der Erkundung geologischer Ressourcen, der wissenschaftlichen Forschung, dem Bau nationaler Verteidigungssysteme und der medizinischen Ausrüstung. Um extrem schwache Magnetfelder genau zu messen, ist ein hochempfindliches Magnetfeldmessgerät erforderlich.

Derzeit hat das Hangzhou Institute of Extremely Weak Magnetic Fields Major Scientific and Technological Infrastructure eine Reihe von im Inland einzigartigen und weltweit führenden wissenschaftlichen Forschungsinstrumenten und -geräten gebaut, darunter das „Ultra-High Sensitivity Extremely Weak Magnetic Cardio-Brain Magneto-Imaging Measurement Scientific Research Device“ und das „SERF-based Ultra-High Sensitivity Extremely Weak Magnetic Field Measurement Research Device“.

Das Magnetfeld des Gehirns beträgt ein Milliardstel des Magnetfelds der Erde

Wie wird es erkannt?

Kommen wir zurück zur Möglichkeit, mit extrem schwachen Magnetfeldern Gehirnerkrankungen zu heilen.

Wenn Sie fragen, welchen Nutzen die wichtige wissenschaftliche und technologische Infrastruktur eines „ultrahochempfindlichen und extrem schwachen Magnetfeld- und Trägheitsmessgeräts“ hat, lässt sich dies in drei Aspekte zusammenfassen.

1. Neue wissenschaftliche Entdeckungen generieren: Messung neuronaler Signale und Forschung in der Gehirnforschung, Erreichen von „Präzisionsmessungen“ und Verifizieren wichtiger Vorschläge wie Spitzenphysik EDM (elektrisches Dipolmoment).

2. Überwindung der Pathogenese wichtiger Herz-Kreislauf- und zerebrovaskulärer Erkrankungen: Ultrahochauflösende, extrem schwache Magnetbildgebungstechnologie zur Erzielung einer „High-Definition-Bildgebung“.

3. Realisieren Sie hochwertige medizinische Geräte „Made in China“: Die ultraschwache Magnetbildgebung ersetzt die funktionelle Kernspinresonanz und fördert die generationsübergreifende Entwicklung hochwertiger medizinischer Geräte.

Am Beispiel der „Besiegung der Pathogenese wichtiger Herz-Kreislauf- und Gehirnerkrankungen“ werden Bildgebungsgeräte mit extrem schwachem Gehirnmagnetismus oder Herzmagnetismus mit ultrahoher Auflösung Wissenschaftlern und Ärzten bessere Diagnoseinstrumente an die Hand geben.

Was die Diagnose von Gehirnerkrankungen angeht, können mit den derzeitigen medizinischen Geräten, die auf struktureller Bildgebung basieren, Epilepsie, Entwicklungsstörungen des Gehirns, degenerative Gehirnerkrankungen und andere psychische Erkrankungen nicht wirksam diagnostiziert werden. Die magnetische Bildgebung des Gehirns bietet große Vorteile bei der Diagnose solcher Erkrankungen.

Die extrem schwache magnetokardiographische Bildgebung des Gehirns mit ultrahoher Auflösung kann eine passive, zerstörungsfreie, tragbare und hochempfindliche neue technische Möglichkeit zur Behandlung von Epilepsie, zerebrovaskulären Erkrankungen, Entwicklungsstörungen des Gehirns bei Kindern und degenerativen Gehirnerkrankungen bieten.

Tausende Krankenhäuser in China benötigen dringend solche bildgebenden Geräte.

Die traditionelle Diagnose von Herzerkrankungen basiert auf Elektrokardiogrammen (EKGs), doch die Empfindlichkeit und räumliche Auflösung der EKG-Erkennung sind relativ gering und können den Anforderungen nicht gerecht werden. Im Vergleich zur herkömmlichen Elektrokardiogramm-Erkennung (EKG) wurden die Empfindlichkeit und die räumliche Auflösung der magnetischen Herzerkennung erheblich verbessert, was eine bahnbrechende Technologie für die Diagnose schwerer Herzerkrankungen darstellt.

Bei der Diagnose von Herzerkrankungen zeichnet sich die extrem schwache magnetische Herzbildgebung durch Spezifität, hohe Empfindlichkeit, hohe räumliche Auflösung, flexible Sonde und berührungslose Funktion aus und kann in vielen medizinischen Anwendungen eingesetzt werden.

Zum Beispiel hochpräzise magnetische Herzverfolgung und Positionierung von Arrhythmie-bedingten Erkrankungen, Unterstützung bei der Formulierung von Operationsplänen, Beurteilung der postoperativen Rehabilitation, ischämische Herzkrankheit, berührungslose Schnelldiagnose des fetalen Magnetherzens, Beurteilung der Herzvitalität, Frühdiagnose von fetalen Arrhythmien sowie Beurteilung von Wachstum und Entwicklung.

Vorsitzender, Chefwissenschaftler und Chefdesigner des Hangzhou Institute of Extremely Weak Magnetic Field Major Scientific and Technological Infrastructure ist Professor Fang Jiancheng, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Direktor des Akademischen Komitees der Beihang-Universität.

Fang Jiancheng sagte, dass das „ultrahochempfindliche Gerät zur Messung extrem schwacher Magnetfelder und Trägheitskräfte“ in den weltweit einzigen, leistungsstärksten und größten „Nullmagnet“-Raum eingebaut werde, der eine extrem schwache magnetische Umgebung und extreme Messmethoden biete.

Wie wird diese extreme Messmethode die Welt verändern?

Fang Jiancheng beantwortete diese Frage in einem Interview mit China Science Daily.

Angesichts der weltweiten wissenschaftlichen und technologischen Grenzen sind aufgrund der Engpässe in der Hirnforschung dringend hochempfindliche Geräte zur Messung neuronaler Signale und zur Magnetoenzephalographie erforderlich. Eine Technologie zur Messung ultrahoher Empfindlichkeit und extrem schwacher Magnetfelder wird hierzu beitragen und voraussichtlich die Grundlagenforschung in der Nullmagnetikwissenschaft von „0“ bis „1“ unterstützen.

Um den wichtigsten nationalen Bedarf zu decken, sind die Erkennung magnetischer Anomalien und magnetischer Tiefen im Weltraum von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der nationalen Sicherheit auf See und im Weltraum und erfordern die Entwicklung einer neuen Generation hochpräziser Magnetometer auf der Grundlage neuer Mechanismen.

Was das Leben und die Gesundheit der Menschen betrifft, werden Atommagnetometer mit kontinuierlich verbesserter Empfindlichkeit bei der Erforschung und Behandlung schwerer Herz-Kreislauf- und Gehirnerkrankungen wie Parkinson, Alzheimer und Herzinsuffizienz bei älteren Menschen hilfreich sein. Hochwertige Geräte zur magnetischen Bildgebung des Herzens und des Gehirns, die auf der bahnbrechenden Technologie der extrem schwachen magnetischen Messung basieren, sollen bei der Diagnose schwerer Krankheiten wie Autismus, Depression, neurologischer Funktionsstörungen, Herzinsuffizienz usw. helfen.

Hangzhou: Streben nach dem Aufbau eines umfassenden nationalen Wissenschaftszentrums

Eine große wissenschaftliche und technologische Infrastruktur ist ein groß angelegtes, komplexes wissenschaftliches und technologisches Forschungsgerät oder -system, das extreme Forschungsmittel zur Erforschung der unbekannten Welt, zur Entdeckung von Naturgesetzen und zur Förderung des technologischen Wandels bereitstellt.

Als wichtiger Teil des nationalen Innovationssystems ist die wissenschaftliche und technologische Infrastruktur die materielle und technologische Grundlage für die Lösung von Engpässen in Schlüsselindustrien, für die Unterstützung der Forschung und Entwicklung wichtiger Kerntechnologien sowie für die Gewährleistung der wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung und der nationalen Sicherheit. Es handelt sich um ein strategisches Schlachtfeld, um die globale technologische Führungsposition zu erobern und neue Wettbewerbsvorteile aufzubauen.

Der Grund für die Dynamik von Hangzhou liegt in seinem Mut zur Innovation.

In den vergangenen fünf Jahren hat Hangzhou dem Aufbau einer „Stadt der Innovation und Vitalität“ stets eine herausragende Bedeutung beigemessen.

In den nächsten fünf Jahren wird Hangzhou „wissenschaftliche und technologische Eigenständigkeit auf hohem Niveau fördern und ein neues Paradies für Innovation und Unternehmertum schaffen.“

Im Rahmen der Aufgabe, „den Aufbau einer globalen Innovationsquelle zu beschleunigen“, erwähnte Hangzhou die Beschleunigung des Baus großer wissenschaftlicher Einrichtungen von Weltklasse und das Bestreben, mehr „nationales Schwergerät“ nach Hangzhou zu holen.

Das nationale Großprojekt für wissenschaftliche und technologische Infrastruktur „Ultrahochempfindliches und extrem schwaches Magnetfeld und Trägheitsmessgerät“ ist das einzige Schlüsselprojekt in der Provinz Zhejiang, das im „14. Fünfjahresplan für nationale Großinfrastruktur für wissenschaftliche und technologische Infrastruktur“ enthalten ist.

Derzeit verfolgt Hangzhou das Ziel, „ein umfassendes nationales Wissenschaftszentrum aufzubauen“, und verfolgt damit das Ziel, die wissenschaftlichen und technologischen Innovationen des „14. Fünfjahresplans“ voranzutreiben.

Der Aufbau eines umfassenden nationalen Wissenschaftszentrums erfordert die Unterstützung großer wissenschaftlicher Einrichtungen.

Was den Aufbau hochkarätiger Innovationsplattformen angeht, haben neue Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen wie das Zhijiang Laboratory, die West Lake University, die Alibaba Damo Academy und das Beihang University Hangzhou Innovation Institute begonnen, Gestalt anzunehmen, und der Bau wichtiger wissenschaftlicher Einrichtungen (Plattformen) wie der National Supergravity Centrifuge Simulation and Experimental Facility wird beschleunigt.

Die Erweiterung der wissenschaftlichen und technologischen Infrastruktur von Hangzhou um ein extrem schwaches Magnetfeld, einen „nationalen Schatz“, wird für Hangzhou eine wichtige Grundlage für die Stärkung der Spitzengrundlagenforschung, die Verbesserung der Innovationsfähigkeit von Hangzhou und den Aufbau eines umfassenden nationalen Wissenschaftszentrums schaffen.

Lin Jianan, Reporter von Chengshi Interactive und Metropolis Express