Vědci detekují světlo procházející celou lidskou hlavou a otevírají nové dveře pro zobrazování mozku

Po celá desetiletí vědci používali blízké infračervené světlo ke studiu mozku neinvazivním způsobem. Tato optická technika, známá jako FNIRS (funkční spektroskopie s blízkým infranářem), měří, jak je světlo absorbováno krví v mozku, k odvození aktivity.

FNIRS, oceněný přenositelností a nízkými náklady, má hlavní nevýhodu: nevidí velmi hluboko do mozku. Světlo obvykle dosahuje pouze nejvzdálenějších vrstev mozku, asi 4 centimetry hluboko – dostávají se studovat povrch mozku, ale ne hlubší oblasti zapojené do kritických funkcí, jako je paměť, emoce a pohyb.

Tato nevýhoda omezila schopnost studovat hlubší oblasti mozku bez drahých a objemných zařízení, jako jsou stroje MRI.

Nyní vědci z University of Glasgow prokázali něco, co bylo dříve považováno za nemožné: detekce světla, které cestovalo celou cestu dospělou lidskou hlavou.

Jejich studie, „Transport fotonů celou dospělou lidskou hlavou“ “ Publikováno v NeurofotonikaUkazuje, že se správným nastavením je možné měřit fotony, které procházejí z jedné strany hlavy k druhé, dokonce i přes nejširší bod.

K dosažení tohoto cíle používal tým v pečlivě kontrolovaném experimentu výkonné lasery a vysoce citlivé detektory. Nasměrovali pulzní laserový paprsek na jedné straně hlavy dobrovolníka a umístili detektor na opačnou stranu. Nastavení bylo navrženo tak, aby zablokovalo veškeré ostatní světlo a maximalizovalo šance na chytání několika fotonů, které provedly celou cestu lebkou a mozkem.

Vědci také provedli podrobné počítačové simulace, aby předpovídali, jak by se světlo pohybovalo složitými vrstvami hlavy. Tyto simulace úzce odpovídaly experimentálním výsledkům a potvrdily, že detekované fotony skutečně procházely celou hlavou.

Je zajímavé, že simulace odhalily, že světlo má tendenci sledovat specifické cesty, vedené oblastmi mozku s nižším rozptylem, jako je mozkomíšní mok.

Tento průlom naznačuje, že je možné navrhnout nová optická zařízení, která mohou dosáhnout hlubších oblastí mozku, než umožňují současné technologie.

I když současná metoda ještě není praktická pro každodenní použití – vyžaduje to 30 minut sběru dat a pracuje pouze na předmětu s slušnou pokožkou a bez vlasů – tento extrémní případ detekce světla diametricky přes hlavu může inspirovat komunitu, aby přehodnotila, co je možné pro příští generaci systémů FNIRS.

S dalším vývojem může tento přístup pomoci přinést hluboké zobrazování mozku na kliniky a domovy v dostupnější a přenosnější formě. To by nakonec mohlo vést k lepším nástrojům pro diagnostiku a monitorování podmínek, jako jsou tahy, poranění mozku nebo nádory, zejména v nastavení, kde je přístup ke skenování MRI nebo CT omezený.