В настоящее время основным способом диагностики заболеваний мозга является ЭЭГ и фМРТ, однако оба варианта далеки от идеала. В случае с ЭЭГ, качество визуализации не очень высокое, фМРТ же требует использования дорогостоящих аппаратов, которые стоят миллионы. Но, возможно, что в ближайшем будущем медицина получит еще один способ диагностики — просвечивание головы лазерным светом. Впервые ученым университета Глазго удалось просветить голову человека насквозь. До этого момента все существующие оптические методы позволяли проникать на глубину не более 3–4 см.
Ученые впервые просветили голову человека насквозь
Как работает метод “просвечивания”
Перед исследователями стояла почти невозможная задача — провести свет через ткани головы, в которых он обычно рассеивается и поглощается. Кости черепа, кожа, мозговая ткань — все это создает мощнейшую преграду, ослабляющую свет в триллионы раз. Но команда из Глазго применяла ультрабыстрые лазерные импульсы (более триллиона вспышек в секунду) и сверхчувствительные фотоумножители, способные улавливать даже единичные фотоны. Из 10^18 фотонов, направленных в висок добровольца, на другой стороне головы был пойман лишь один — и этого хватило для анализа.
Как , процесс занял около 30 минут. За это время удалось зафиксировать достаточно сигнала, чтобы подтвердить прохождение света через весь объем головы, диаметром около 15,5 сантиметра. Использованные лазеры имели мощность 1,2 Вт при длине волны 800 нм — параметры, безопасные для кожи, но достаточно мощные для преодоления массивного слоя тканей.
Как ученым удалось просветить голову
Секрет успеха оказался в анатомии. Фотоны, как выяснили ученые, предпочитают “путешествовать” по участкам с низким рассеиванием. Это прежде всего ликвор — спинномозговая жидкость, окружающая и защищающая мозг. В отличие от костей и плотной ткани, ликвор обладает минимальным светорассеиванием и поглощением, создавая своеобразные световые туннели. Благодаря компьютерному моделированию, исследователи рассчитали маршруты, по которым фотоны с наибольшей вероятностью проходят через мозг.
Новая технология позволяет просвечивать различные участки мозга. Источник: studyfinds.org
При разной установке лазера свет проходил по разным траекториям — сверху, сбоку или снизу, обходя наиболее плотные участки. Эти вариации позволили не только провести фотон через голову, но и получить чувствительность к разным зонам мозга, включая те, которые ранее были недоступны оптическим приборам.
Но, несмотря на успех, метод пока не универсален. Он сработал только у одного добровольца из восьми — мужчины со светлой кожей и без волос. Участники с более темной кожей и густыми волосами давали слишком слабый сигнал — поглощение и рассеивание были слишком велики. Это — серьезное ограничение, которое требует дальнейших разработок и технических улучшений.
Кроме того, высокая длительность эксперимента (30 минут) и необходимость в дорогостоящем оборудовании делают метод пока что непригодным для массового применения. Однако исследователи уверены, что усовершенствование техники позволит добиться сокращения времени съемки и расширения круга обследуемых.
Новый метод диагностики может быть лишен основных недостатков ФМРТ
Как новое изобретение поможет медицине
Главное преимущество метода — способность добраться до участков мозга, где могут возникать опухоли, кровоизлияния или воспаления, которые не видны при использовании традиционных поверхностных оптических технологий. В отличие от МРТ, которая требует , этот метод может быть реализован в компактных устройствах.
Ученые уже создали «карты чувствительности» мозга, показавшие, что можно исследовать структуры внутри мозжечка, в складках коры и в среднем мозге. Возможность анализа этих зон открывает перспективы для раннего выявления инсульта, онкологических процессов и черепно-мозговых травм.
В будущем технология может использоваться в “полевых условиях” — например, в машинах скорой помощи, сельских клиниках или в экстренной медицине, где нет доступа к дорогостоящей диагностике. Достаточно будет лазера и сенсора, чтобы получить первичную картину состояния мозга.
Обязательно посетите наши каналы
и
, здесь вас ждут
самые интересные новости из мира науки и последние
открытия!
Подводя итоги, можно сказать, что эксперимент команды из Университета Глазго стал первым доказанным случаем прохождения света через голову взрослого человека. Хотя пока это возможно лишь у ограниченного числа людей, и при использовании сложной техники, сама возможность открыть ранее “невидимые” отделы мозга без хирургии или МРТ — это шаг к новой эпохе в нейровизуализации. Исследование дает основание полагать, что в ближайшие десятилетия диагностика заболеваний мозга станет доступнее, безопаснее и точнее. Напоследок отметим, что существующие методы диагностики, такие как , в результате чего становятся более совершенными.
Комментарии