Na nedavni tekst o kinesko-zapadnoj utrci u razvoju sučelja mozak–računalo stigao je zanimljiv komentar: „Neinvazivni kvantno-magnetički BCI-ji su budućnost.“ Ta tvrdnja na prvu možda nekome zazvuči kao još jedna tehnološka prognoza iz komentara ispod članka, ali iza nje zaista postoji ozbiljna znanost: novi rad objavljen u časopisu Microsystems & Nanoengineering pokazuje da je neke od ključnih dijelova takvih senzora moguće smanjiti na nekoliko milimetara. Znači li to da će elektrode u mozgu uskoro postati nepotrebne?

Mozak proizvodi i magnetsko polje

Kad govorimo o sučeljima mozak–računalo, odnosno BCI-jima, donedavno smo na raspolaganju imali dvije tehnološke krajnosti:

• na jednoj strani je elektroencefalografija (EEG) – one “vaterpolske kapice” pune žica i elektroda koje s površine glave mjere promjene neuronskog električnog potencijala. Ti uređaji mogu biti relativno jednostavni i jeftini, za njihovu primjenu ne treba prethodna kirurška priprema, ali signal do njih dolazi kroz brojne biološke “prigušivače” i “smetala”: moždane ovojnice, kosti lubanje, kožu i kosu, te je stoga pun šumova, difuzan, nejasan i prostorno prilično „razmazan“.
• na drugom kraju nalaze se implantabilni sustavi poput Neuralinkovih ili Blackrockovih elektroda i različitih novih kineskih implantata. Elektrode se tada nalaze u krvnim žilama neposredno uz neurone ili su kirurški usađene u samom moždanom tkivu. Signal je kvalitetniji, prostorna razlučivost veća, a količina informacija koja se može izvući iz moždane aktivnosti mnogo opsežnija nego kod EEG sustava. Cijena tog porasta količine i kvalitete informacija je invazivni neurokirurški zahvat ili guranje vaskularne kateterske žice u krvne žile mozga i sve ostalo što trajni implantat u živom mozgu podrazumijeva.

Odnedavno se pojavila i treća mogućnost, koja se temelji na činjenici da električna struja koja teče neuronima (baš kao i svaka druga električna struja) istovremeno stvara i svoje magnetsko polje. Ono se širi u svim smjerovima i izlazi iz glave, a za razliku od električnog potencijala, lubanja i druga tkiva ne ometaju magnetno polje u istoj mjeri kao EEG signale. Premisa tog koncepta je jednostavna: ako uspijemo dovoljno precizno izmjeriti magnetsko polje koje neuroni stvaraju svojim mikrostrujama, mogli bismo moždanu aktivnost promatrati izvana, bez elektroda postavljenih na mozgu ili u njemu.

Femtotesla protiv cijelog planeta

Magnetsko polje mozga već desetljećima možemo registrirati metodom magnetoencefalografije – MEG, no uz nju se veže jedan temeljni (ali presudan) problem: magnetsko polje mozga je apsurdno slabo. Naime, polja nastala sinkroniziranom aktivnošću neurona mjere se u pikoteslama i femtoteslama. To pak znači da Zemljino magnetsko polje, sve električne instalacije, pa i svi metalni predmeti, automobili, dizala, (pa čak i kretanje osobe kroz zaostalo magnetsko polje okoliša) stvaraju signale mnogo jače (gušće) od onoga što pokušavamo uhvatiti iz mozga.

Klasični MEG zato izgleda manje kao ožičena vaterpolo kapica za BCI, a više kao vrlo skupa hi-tech dizajnirana svemirska kaciga. Ona koristi SQUID senzore – superconducting quantum interference devices – koji jesu izvanredno osjetljivi, ali pod uvjetom da rade na ekstremno niskim, kriogenim temperaturama. Senzori su zato smješteni u velikom Dewarovu spremniku s rashladnim sustavom, a glava ispitanika nalazi se unutar njega. Štoviše, kao i kod klasične medicinske MRI dijagnostike, čitava aparatura obično boravi u izoliranoj i magnetski oklopljenoj prostoriji.

Za pokušaj svakodnevne, rutinske primjene BCI to baš i ne zvuči kao praktičan koncept.

Posljednjih desetak godina pojavila se, međutim, nova vrsta senzora – optički pumpani magnetometri (optically pumped magnetometers, OPM). Njima nije potrebno supravodljivo stanje ni hlađenje blizu apsolutne nule. Umjesto toga OPM koriste kvantna svojstva atoma, najčešće alkalijskih metala poput rubidija ili cezija. Otuda i izraz „quantum magnetic BCI“.

To nije sasvim standardni naziv za zasebnu kategoriju BCI-ja, ali fizikalno gledajući nije ni pogrešan: OPM doista jest kvantni senzor. Pregled tehnologije u časopisu Trends in Neurosciences opisuje OPM kao novu generaciju kvantnih senzora za MEG, s potencijalno većom osjetljivošću i boljom prostornom razlučivošću od konvencionalnog sustava, uz mogućnost postavljanja senzora uz samu glavu.

MEG koji se može staviti na glavu

Ključna prednost OPM-a jest što senzor više ne mora biti nekoliko centimetara udaljen od vlasišta (što je ranije bilo neophodno zbog debelog kriogenog spremnika): može se staviti praktički neposredno uz glavu. To je posebno važno zato što magnetsko polje brzo slabi s udaljenošću od izvora. Nekoliko centimetara razlike ovdje nije stvar dizajnerskog cjepidlačenja, nego vrlo ozbiljna razlika u kvaliteti signala.

OPM senzori se mogu rasporediti po kacigi prilagođenoj veličini glave (uključujući i dječje), a ispitanik se, barem unutar oklopljene prostorije, može relativno slobodno micati umjesto da nepomično sjedi s glavom uguranom u veliki MEG uređaj. Zbog toga OPM-MEG posljednjih godina postaje jedna od najviše obećavajućih tehnologija nosivog funkcionalnog snimanja mozga.

Pritom nije riječ samo o snimanju lijepih šarenih mapa mozga, neuronskih mreža i regija. Godine 2021. demonstriran je pravi BCI temeljen na OPM-MEG-u. Ispitanici su gledanjem odgovarajućih vizualnih ciljeva mogli u stvarnom vremenu birati znakove na zaslonu, uz prosječnu točnost od 97,7 posto. Bio je to izravni dokaz da magnetoencefalografski signal prikupljen OPM senzorima može poslužiti kao upravljački kanal između mozga i računala.

Dakle, na pitanje: „Može li se OPM koristiti kao BCI?“ odgovor već postoji: može. Puno je zanimljivije pitanje je li moguće OPM-MEG iz eksperimentalne magnetski oklopljene prostorije preseliti u uređaj koji bi bio dovoljno malen, praktičan i jeftin da ima stvarnu svakodnevnu primjenu. Jedan od mogućih odgovora na to daje novi rad objavljen krajem ožujka 2026. u časopisu Microsystems & Nanoengineering.

Čip od nekoliko milimetara

Istraživači su razvili chip-scale packaged in-line polarization-resolved detector, odnosno CSP-iPRD – minijaturni sklop za detekciju polarizacije svjetlosti namijenjen optički pumpanim magnetometrima. Cijeli je modul velik samo 3,5 × 3,5 × 1,8 milimetara.

Dakle, istraživači nisu cijeli MEG ni cijeli OPM smanjili na nekoliko milimetara; minijaturizirali su tek jedan (ali važan) dio optičkog sustava magnetometra – sklop koji detektira i analizira promjenu polarizacije laserske svjetlosti nakon prolaska kroz atomski medij. Dosad je takva detekcija zahtijevala nekolicinu zasebnih, znatno većih i složenijih optičkih komponenti i fotodetektora.

U novom uređaju polarizacijski element i dvostruki fotodetektor integrirani su u kompaktno kućište pogodno za proizvodnju tehnologijama kompatibilnim s poluvodičkom industrijom. Autori su tom komponentom sastavili optički pumpani magnetometar koji radi u posebno osjetljivom režimu, u kojem sudari među atomima gotovo ne ometaju mjerenje magnetskog polja. Postigli su osjetljivost od približno 33,5 fT/√Hz pri 10 Hz.

To nije svjetski rekord. Najosjetljiviji laboratorijski SERF magnetometri spustili su se ispod jedne femtotesle po korijenu herca, približno do 0,5 fT/√Hz, dok neki suvremeni minijaturizirani i integrirani OPM-i postižu oko 10–20 fT/√Hz.

Ali ovaj rad nije prvenstveno priča o senzoru koji bolje „čuje” mozak. Njegova je glavna vrijednost u tome što je jedan važan dio optičkog sustava smanjen na nekoliko milimetara, integriran u čvrstu cjelinu koja ne zahtijeva mukotrpno poravnavanje zasebnih optičkih komponenti te prilagođen postupcima proizvodnje kakvi se već koriste u poluvodičkoj industriji. Drugim riječima, takve bi komponente s vremenom mogle postati manje, robusnije i znatno pogodnije za serijsku proizvodnju.

A nosivi MEG neće trebati jedan savršeni senzor. Trebat će desetke ili stotine dovoljno dobrih.

Sto malih senzora bolje je od jednog čudesnog

Rad iz 2025. objavljen u časopisu NeuroImage usporedio je OPM-MEG konfiguracije sa 16, 32, 64 i 128 kanala. Pritom su kombinirane simulacije, mjerenja na modelu (“fantomu”) i izravna mjerenja na ljudima. Prema dobivenim rezultatima, OPM-MEG sustav sa 64 kanala postizao je rezultate usporedive s klasičnim 306-kanalnim SQUID-MEG sustavom, dok ga je OPM-MEG konfiguracija sa 128 kanala nadmašila.

Još zanimljivija usporedba pojavila se 2026. godine: u istraživanju objavljenom u časopisu iScience OPM senzori su tijekom mjerenja 40-hercnog slušnog odgovora izravno uspoređeni s EEG-om i konvencionalnim SQUID-MEG-om. U toj konkretnoj eksperimentalnoj komparaciji omjer signala i šuma bio je kod OPM-a do 205 posto veći nego kod EEG-a i do 40 posto veći nego kod klasičnog MEG-a.

Posebno je upečatljivo da je već 10 do 16 OPM senzora moglo nadmašiti sustav s 56 EEG elektroda. To ne znači da je OPM „205 posto bolji od EEG-a“, jer bi takva interpretacija bila pogrešna: još uvijek je riječ o eksperimentalnom zadatku s točno određenim signalom i u laboratorijski prilagođenoj konfiguraciji. Ali ipak jasno pokazuje zašto se ova tehnologija sve ozbiljnije shvaća i razvija.

Je li to budućnost?

Ako se sada vratimo na pitanje s početka teksta o tome jesu li neinvazivni kvantno-magnetički BCI-ji budućnost komunikacije između mozga i računala, najpoštenije bi bilo reći da je takav upit za sada vrijedan pažnje kao kratka prognoza jednog obećavajućeg smjera razvoja BCI-tehnologije, ali je kao definitivna tvrdnja ipak preuranjen.

OPM-MEG ima gotovo idealan popis osobina koje bismo željeli od neinvazivnog BCI-ja: izravno prati neurofiziološku aktivnost, ima milisekundnu vremensku razlučivost, dopušta smještaj senzora uz samo vlasište, ne traži kirurški zahvat, a kvaliteta signala može biti znatno bolja od EEG-a.

Pregled objavljen 2025. u časopisu Biosensors and Bioelectronics navodi OPM-MEG kao jednu od tehnologija koje otvaraju novu mogućnost za nosive neinvazivne BCI sustave. Ali između „nosiv“ i „možeš ga staviti na glavu dok kod kuće pereš prozore“ nalazi se još popriličan fizikalni i tehnološki jaz. Jer, najgora prepreka za svakodnevnu uporabljivost OPM-a nisu magnetni signali mozga, nego ometajući šumovi ostatka svijeta.

Senzor koji pokušava detektirati femtotesle jednako će entuzijastično registrirati magnetski šum okoline, električne uređaje, pokret senzora kroz rezidualno magnetsko polje, otkucaje srca i brojne druge smetnje. Zbog toga današnji ozbiljni OPM-MEG sustavi uglavnom još uvijek koriste magnetski oklopljene prostorije, aktivnu kompenzaciju magnetskog polja i opsežnu računalnu obradu i pročišćavanje signala.

Sustavni pregled problema šuma i artefakata iz 2025. ih identificira kao jednu od glavnih prepreka prelasku nosivog OPM-MEG-a iz laboratorija u stvarno svakodnevno okruženje. Minijaturizirati senzor, dakle, nije isto što i minijaturizirati cijeli problem.

Zašto magnetski BCI ipak nije Neuralink bez operacije?

OPM može biti izvanredno osjetljiv, ali senzor izvan lubanje i elektrode smještene među neuronima ne mjere istu stvar. Intrakortikalne elektrode mogu bilježiti aktivnost vrlo malih populacija neurona, pa i pojedinačnih neurona. Vanjski magnetski senzor registrira zajedničko polje koje nastaje sinkronom aktivnošću mnogo većih neuronalnih populacija.

Uz to postoji još važnija razlika. MEG je prvenstveno izlaz iz mozga – način da računalo očita moždanu aktivnost.

Implantirane elektrode mogu omogućiti i suprotni smjer: stimulirati živčano tkivo i mozgu vratiti informaciju. Na tome se temelje eksperimenti s umjetnim osjećajem dodira, vidnim protezama i drugim zatvorenim BCI petljama.

Neinvazivni magnetometar sam po sebi to ne može. Zato je vjerojatno pogrešno zamišljati razvoj BCI-ja kao utrku u kojoj će jedna tehnologija na kraju pobijediti i ostale poslati u muzej pokraj diskete i VHS-a.

Tri budućnosti, a ne jedna

Puno je izgledniji razvoj tri različita ogranka. Prvi će ostati jednostavni neinvazivni BCI, prije svega EEG, ali i kombinacije EEG-a s drugim metodama poput funkcionalne bliske infracrvene spektroskopije. Njihova prednost neće biti savršen signal, nego cijena, jednostavnost i dostupnost. Za komunikaciju, rehabilitaciju, jednostavne naredbe, igre ili kućne sustave možda uopće neće trebati čitati svaki neuron ponaosob.

Drugi ogranak mogao bi postati visokokvalitetni neinvazivni BCI, u kojem je OPM-MEG trenutačno jedan od najperspektivnijih kandidata. Ako se minijaturizacija poput one opisane u novom radu iz Natureova portfelja nastavi, a aktivna kompenzacija okolišnog magnetskog šuma dovoljno napreduje, današnje nezgrapne eksperimentalne kacige mogle bi postati mnogo manji i praktičniji višekanalni sustavi.

Treći ogranak ostat će invazivni BCI. Njega vjerojatno neće eliminirati ni najbolji magnetometar. Za ljude s teškom paralizom, za dekodiranje složenog govora, za preciznu kontrolu velikog broja stupnjeva slobode ili za dvosmjerno sučelje koje mozgu može i vraćati osjetne informacije, blizina neurona ima prednosti koje se zbog same fizike ne mogu jednostavno softverski nadoknaditi.

Drugim riječima, možda nećemo tražiti jednog pobjednika među EEG kapom, kvantnom kacigom i Neuralinkovim implantatom. Birat ćemo alat prema poslu koji želimo obaviti.

Čitanje misli ipak može ostati u naslovima

Zbog toga komentar „Neinvazivni kvantno-magnetički BCI-ji su budućnost“ nije besmislica. Dapače, iza te tehnologije sasvim sigurno stoji jedna od najdinamičnijih grana suvremene neuroznanosti.

No, neinvazivni kvantni magnetski BCI-ji su tek dio budućnosti. Novi milimetarski fotodetektor neće sutra pretvoriti kacigu u telepatski USB priključak, ali pokazuje nešto dugoročno važnije: komponente koje su donedavno pripadale velikim i skupim laboratorijskim magnetometrima počinju prolaziti istim putem kojim je prošla gotovo sva moderna elektronika – prema integraciji, minijaturizaciji i serijskoj proizvodnji.

Ako se istodobno uspije dovoljno dobro riješiti magnetski šum okoline, između jednostavne EEG kape i elektrode ugrađene u mozak mogao bi se otvoriti vrlo širok prostor. I upravo bi ondje kvantni magnetski BCI mogao pronaći svoje mjesto. Ne kao jedina budućnost sučelja mozak–računalo, nego kao ona srednja, zasad možda najintrigantnija.

_Literatura

<sub>1. Cho HJ, Na Y, Park S et al. Chip-scale packaged in-line polarization-resolved detector for optically pumped magnetometers. Microsystems & Nanoengineering, 2026.
2. Brookes MJ et al. Magnetoencephalography with optically pumped magnetometers (OPM-MEG): the next generation of functional neuroimaging. Trends in Neurosciences, 2022.
3. Wittevrongel B, Holmes N, Boto E et al. Practical real-time MEG-based neural interfacing with optically pumped magnetometers. BMC Biology, 2021.
4. Brickwedde M et al. Optically pumped magnetometers enhance neuroimaging performance – An EEG, OPM, and SQUID-MEG study. iScience, 2026.
5. Yan B et al. From simulation to clinic: Assessing the required channel count for effective clinical use of OPM-MEG systems. NeuroImage, 2025.
6. Wang R et al. Noise and artifact suppression in SQUID and wearable OPM-MEG: A systematic review of background, physiological, and technical interference. NeuroImage, 2025.
7. Chai C, Yang X, Zheng Y et al. Multimodal fusion of magnetoencephalography and photoacoustic imaging based on optical pump: Trends for wearable and noninvasive Brain–Computer interface. Biosensors and Bioelectronics, 2025.</sub>

_{Igor „Doc“ Berecki je penzić iz Osijeka. Pobornik teorijske i praktične primjene znanosti temeljene na dokazima, nakon pedijatrijsko-intenzivističke karijere bavi se pisanjem znanstveno-popularnih tekstova, crtkanjem računalnih i old-school grafika i dizajna, zbrinjavanjem pasa i mačaka, fejsbučkim blogiranjem o životnim neistinama i medicinskim istinama, kuhanjem upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivim sviranjem bluesa.}