3 Minuten
Nauja era neinvazinio smegenų vaizdinimo srityje
Glazgo universiteto mokslininkai pasiekė proveržį – pirmą kartą sėkmingai per visą gyvo žmogaus galvą perdavė šviesą, atverdami naujas galimybes neinvaziniam smegenų vaizdinimui. Ši itin inovatyvi technologija gali pakeisti giluminių smegenų struktūrų tyrimus, nes leidžia sukurti lengviau prieinamus, nebrangius ir portabilius smegenų vaizdinimo įrenginius, palyginti su tradiciniais, dideliais ir brangiais aparatais.
Mokslinis kontekstas: dabartinių smegenų vaizdinimo technologijų ribotumai
Šiuo metu naudojami metodai, tokie kaip funkcinis magnetinio rezonanso vaizdinimas (fMRI), pasižymi itin gera raiška, tačiau yra labai brangūs, stacionarūs ir retai taikomi kasdienėje medicinoje. Kita vertus, portabilios technologijos, tarkime, elektroencefalografija (EEG) ar tradicinė neinvazinė artimosios infraraudonosios spektroskopija (fNIRS), yra pigesnės ir kompaktiškos, bet jų gylio aprėptis ribota – jos geba peršviesti tik paviršines smegenų sritis. Pavyzdžiui, įprasta fNIRS prasiskverbia vos kelis centimetrus, todėl nėra tinkama gilių neuroninių struktūrų ar svarbių biologinių žymenų stebėsenai.
Eksperimento detalės: patobulinta fNIRS technologija pilnam kaukolės peršvietimui
Siekdama išplėsti fNIRS galimybes, Glazgo universiteto komanda padidino artimosios infraraudonosios šviesos intensyvumą, nuolat užtikrindama saugią šviesos dozę, ir pritaikė pažangią fotonų surinkimo sistemą. Tokiu būdu maksimaliai išnaudojo per žmogaus galvą prasiskverbiančios šviesos kiekį. Bandymų metu vos menka fotonų srovė perėjo iš vienos galvos pusės į kitą – tačiau net ir toks nedidelis kiekis leido sėkmingai įrodyti, kad šis metodas realiai pritaikomas gilių smegenų tyrimuose ateityje.
Iššūkiai ir ribojimai
Sėkmingai šviesos perdavimas pasiektas tik vienam iš aštuonių tiriamųjų – vyrui šviesia oda ir beplauke galva, kas sumažino šviesos sugėrimą bei sklaidą. Eksperimentas taip pat reikalavo specialios įrangos ir ilgų procedūrų – vienas skenavimas truko apie 30 minučių. Mokslininkai atvirai pripažįsta, kad šios ankstyvos stadijos tyrimas skirtas įrodyti esminę metodo galimybę, o tyrimo rezultatai ateityje padės optimizuoti greitį, universalumą bei pritaikymą platesnei populiacijai.
Pagrindiniai rezultatai ir poveikis smegenų mokslui
Kvapą gniaužiantis tyrimo atradimas: fotonų judėjimo trajektorijas per smegenų kaukolę tiksliomis prognozėmis nuspėjo kompiuteriniai modeliai, paremti 3D galvos vaizdais – jos praktiškai atitiko tikrovėje gautus duomenis. Itin svarbu ir tai, kad šviesa judėjo neatsitiktinai, bet sekė pageidautinas trajektorijas – ypač per patrauklesnius, likvidu užpildytus regionus, kaip smegenų skysčio erdvės. Šių įžvalgų dėka būsimos neinvazinės smegenų vizualizacijos galės būti taikomos tikslingai, leisdamos efektyviau tyrinėti konkrečias smegenų sritis ir gilesnes neuronines funkcijas.
Tyrėjų teigimu: „Šie rezultatai atskleidžia neinvazinės, šviesa pagrįstos smegenų tomografijos potencialą – net ir tiriant kritinius žymenis suaugusio žmogaus galvoje.“
Platesnis poveikis ir ateities perspektyvos
Patobulinta fNIRS metodika turi keletą pranašumų prieš kitas neurovaizdinimo priemones. Dėl prieinamumo ir portabilumo, ši technologija galėtų būti plačiai naudojama insultų, galvos traumų ar auglių stebėsenai net už ligoninių ribų. Neinvazinis giliųjų smegenų regionų tyrimas spartintų pažangą kognityvinio vystymosi, neurologinių ligų ir psichikos sveikatos srityse viso gyvenimo metu. Ateities tyrimai sieks sumažinti skenavimo laikus, išplėsti metodo taikymą žmonėms su įvairia galvos anatomija bei plaukuotumu, taip pat kurti naujos kartos neinvazinius smegenų vaizdinimo įrenginius. Nors iki plačiai prieinamo ir greito smegenų giliojo vaizdinimo dar toloka, šis atradimas yra esminis žingsnis, jungiantis paprastus nešiojamus aparatus ir sudėtingas didelės raiškos vizualizavimo sistemas.
Kaip nurodo tyrėjai, „Optinės neinvazinės žmogaus smegenų vaizdinimo technologijos gali užpildyti spragą tarp pigių ir mobilių prietaisų, tokių kaip EEG, ir brangių didelės raiškos instrumentų, tokių kaip fMRI.“
Išvada
Šis išskirtinis tyrimas pirmą kartą parodė, kad, naudojant patobulintą fNIRS sistemą, per visą žmogaus galvą įmanoma perkelti šviesą. Nors technologija dar tobulinama, ji žymi svarbų žingsnį link ateities, kurioje gilus neinvazinis smegenų vaizdinimas taps saugesnis, pigesnis ir lengviau prieinamas – kas gali iš esmės pakeisti tiek neurologinius tyrimus, tiek klinikinę praktiką.
Kommentare