Ajutegevusega kaasnev magnetväli (Füüsika põhikursus)

Ajutegevusega kaasnev magnetväli

Teadlased, meedikud ja psühholoogid tahaksid mõista, kuidas funktsioneerib inimaju. Üheks nende töömeetodiks on magnetoentsefalograafia (MEG) - protseduur, milles jälgitakse inimaju magnetvälja ajal, mil inimene sooritab teatud tegevusi, nagu näiteks sõnade lugemine. See tegevus aktiveerib teatud piirkonna ajus, näiteks lugemisega seotud piirkonna, ja põhjustab nõrku elektriimpulsse, mis saadetakse edasi mööda juhtivaid kanaleid ajurakkude vahel. Nagu igasugune vool, nii tekitavad ka ajuvoolu impulsid magnetvälja.

JOONIS 29-7 Vooluimpulss piki ajukääru lõhet aju pinnal tekitab magnetvälja punktis P, mis asub impulsist kaugusel r.

MEG-aparatuuriga avastatud magnetvälja tekitavad arvatavasti elektriimpulsid, mis kulgevad piki kurdusid (lõhesid) aju pinnal (joonis 29-7). Püüame kasutada valemit 29-1, et hinnata sellise magnetvälja suurust punktis P, mis asub kaugusel r = 2 cm vooluimpulsist. Olgu impulsi teekond aju pinnale puutujaks, nii et nurk θ valemis 29-1 on 90°. Tüüpilise vooluimpulsi korral ajus vool i = 10μA ja impulsi teepikkus on umbes 1 mm. Eeldame, et see teepikkus on küllalt lühike selleks, et asendada see 1 mm pikkuse diferentsiaaliga ds valemis 29-1. Siis annab valem 29-1 meile

B = \frac{(4 π \times 10^{- 7} T \cdot m / A)}{4 π} \frac{(10 \times 10^{- 6} A) (1 \times 10^{- 3} m)}{(2 \times 10^{- 2} m)^{2}} sin 90^{\circ}

B = 2, 5 \times 10^{- 12} T \approx 3 pT

See on väga väike magnetväli, rohkem kui miljon korda nõrgem kui Maa magnetväli aju asukohas. Seega ei piisa aju magnetvälja avastamiseks sellest, et lihtsalt hoida kompassi oma aju lähedal ja loota, et ajutegevus suudab pöörata kompassi magnetnõela. Kompassi asemel on vaja ülimalt tundlikku instrumenti, milleks on ülijuhtiv kvantinterferentsseade (SQUID) ja mis on võimeline mõõtma magnetvälju suurusega vähem kui 1 pT; isegi siis tuleb võtta tarvitusele kõikvõimalikud abinõud, et kõrvaldada mõõtmispaiga lähedalt muutuvat magnetvälja tekitavad lisaallikad.