Ο τελειόφοιτος προπτυχιακός φοιτητής του Τμήματός μας, Ευθύμιος Γκουδινάκης, μαζί με τους Shuguang Li και Ιωάννη Κομίνη, προσδιόρισαν ένα θεμελιώδες κβαντικό όριο στην πληροφοριακή χωρητικότητα της μαγνητοεγκεφαλογραφίας (MEG), της σημαντικότερης μη επεμβατικής τεχνικής καταγραφής της εγκεφαλικής δραστηριότητας μέσω των μαγνητικών πεδίων που παράγονται από νευρωνικά ρεύματα. Η εργασία θεμελιώνει ένα καθολικό και ανεξάρτητο από την μετρητική τεχνολογία όριο, το οποίο συνδέει τρία βασικά στοιχεία: τη μεταβολική ισχύ που υποστηρίζει τη νευρωνική σηματοδότηση, τη γεωμετρία διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και το κβαντικό όριο ενεργειακής ανάλυσης των μαγνητικών αισθητήρων.
Χρησιμοποιώντας έναν συνεχή τελεστικό φορμαλισμό βασισμένο στον τελεστή συνδιακύμανσης των lead fields, η μελέτη δείχνει ότι το εξωτερικά μετρήσιμο μαγνητικό πεδίο διαθέτει πεπερασμένο χωρικό εύρος ζώνης, γεγονός που συνεπάγεται ότι μόνο ένας περιορισμένος αριθμός ανεξάρτητων χωρικών τρόπων μπορεί να είναι πειραματικά προσβάσιμος. Η ανάλυση αποκαλύπτει επίσης έναν θεμελιώδη χωροχρονικό συμβιβασμό: η αύξηση του χρονικού εύρους ζώνης μειώνει αναπόφευκτα την προσβάσιμη χωρική πολυπλοκότητα, λόγω της κβαντικά περιορισμένης αύξησης του θορύβου μέτρησης.
Για αντιπροσωπευτικές παραμέτρους του ανθρώπινου εγκεφάλου, η θεωρία προβλέπει μέγιστο ρυθμό πληροφορίας περίπου 2.2 Mbit/s και μια εγγενή χωρική κλίμακα ανάλυσης της τάξης του 1 cm. Τα αποτελέσματα αυτά θεμελιώνουν μια πληροφοριακή κλίμακα τύπου Nyquist για τη μαγνητοεγκεφαλογραφία και διαμορφώνουν μια ποσοτική γέφυρα ανάμεσα στη νευροεπιστήμη, την κβαντική μετρολογία και τη φυσική της πληροφορίας.
Πέρα από τις εφαρμογές τους στη σχεδίαση συστημάτων MEG νέας γενιάς και στην κβαντικά ενισχυμένη νευροαπεικόνιση, τα αποτελέσματα εισάγουν ένα ευρύτερο εννοιολογικό πλαίσιο που συνδέει τη βιολογική κατανάλωση ενέργειας, τα φυσικά παρατηρήσιμα μεγέθη και τα κβαντικά όρια μέτρησης σε πολύπλοκα ζωντανά συστήματα.
Επιστημονική Δημοσίευση: E. Gkoudinakis, S. Li, and I. K. Kominis, Metabolic quantum limit to the information capacity of magnetoencephalography, Physical Review Research 8, 023267(2026).
Μη Τεχνική Περιγραφή: Gist Science
