افق های نوین در تصویربرداری مغز به روش غیرتهاجمی

پیشرفت بزرگ در تصویربرداری غیرتهاجمی مغز

در یک دستاورد پیشگامانه، پژوهشگران دانشگاه گلاسگو موفق شدند نور را به طور کامل از میان سر انسان زنده عبور دهند. این موفقیت، نقطه عطفی در فناوری تصویربرداری غیرتهاجمی مغز به شمار می‌رود و راه را برای رویکردهایی فراهم می‌کند که نسبت به روش‌های سنتی، بسیار مقرون به صرفه‌تر، قابل حمل‌تر و در آینده برای طیف وسیع‌تری از کاربران در دسترس خواهد بود.

زمینه علمی: محدودیت‌های فناوری‌های فعلی تصویربرداری مغز

روش‌های کنونی مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) اطلاعات دقیقی از فعالیت مغز ارائه می‌دهند، اما این فناوری‌ها گران‌قیمت، غیرقابل حمل و در بسیاری از مراکز درمانی غیرقابل دسترسی‌اند. در سوی دیگر، ابزارهای قابل حمل مثل الکتروانسفالوگرافی (EEG) و تصویربرداری طیف نزدیک به مادون قرمز عملکردی (fNIRS) با وجود سادگی و ارزانی، محدود به مشاهده لایه‌های سطحی مغز هستند. به عنوان نمونه، fNIRS معمولی فقط تا چند سانتیمتر به داخل جمجمه نفوذ می‌کند و این امر کاربرد آن را در بررسی عمیق فعالیت‌های عصبی و شاخص‌های زیستی حیاتی کاهش می‌دهد.

جزییات آزمایش: بهبود fNIRS برای نفوذ کامل از جمجمه

برای رفع این محدودیت‌ها، تیم تحقیقاتی دانشگاه گلاسگو روش fNIRS را با افزایش کنترل‌شده شدت لیزر نزدیک به مادون قرمز و طراحی سامانه پیشرفته جمع‌آوری فوتون بهبود بخشید. این کار، عبور بیشینه نور از سر انسان را بدون عبور از آستانه‌های ایمنی زیستی ممکن ساخت. هرچند تنها جریان اندکی از فوتون‌ها توانستند از یک سمت سر به سمت دیگر برسند، همین مقدار برای اثبات امکان‌پذیر بودن این شیوه کافی بود و چشم‌اندازهای نوینی برای تصویربرداری غیرتهاجمی مغز در آینده ایجاد کرد.

چالش‌ها و محدودیت‌ها

عبور موفق نور تنها در یکی از هشت شرکت‌کننده – مردی با پوست روشن و بدون مو در ناحیه سر – اتفاق افتاد، اقدامی که جذب و پراکندگی نور را کاهش داد. این فرآیند همچنین به شرایط خاص آزمایشگاهی و زمان اسکن طولانی (حدود ۳۰ دقیقه) نیاز داشت. پژوهشگران محدودیت‌ها را به روشنی بیان کرده‌اند و تاکید دارند هدف اصلی آنان اثبات امکان اساسی این فناوری نفوذ عمیق بوده است. این یافته‌ها پایه‌ای برای بهینه‌سازی‌های آینده با هدف کاهش زمان اسکن، افزایش تنوع داوطلبان و توسعه فناوری تصویربرداری غیرتهاجمی مغز قرار می‌گیرد.

یافته‌های کلیدی و پیامدها برای علوم مغز

یکی از کشفیات مهم این پژوهش، نحوه حرکت فوتون‌ها در جمجمه بود. مدل‌سازی‌های رایانه‌ای با استفاده از اسکن‌های سه‌بعدی سر، مسیرهای فوتون را با دقت پیش‌بینی و این مسیرها با نتایج واقعی کاملاً تطابق داشتند. نکته قابل توجه اینکه نور درون جمجمه به طور تصادفی پراکنده نمی‌شود، بلکه مسیرهای ارجحی را به ویژه از طریق مناطق نسبتاً شفاف مانند مایع مغزی-نخاعی طی می‌کند. این کشف می‌تواند امکان هدف‌گیری نوری دقیق‌تر و تصویربرداری عمیق‌تر از فعالیت‌های عصبی را در آینده فراهم سازد.

به گفته تیم تحقیق، «این یافته‌ها ظرفیت کاربرد فناوری‌های تصویربرداری مغز مبتنی بر نور را برای تشخیص غیرتهاجمی شاخص‌های زیستی مهم در عمق سر انسان بزرگسال نشان می‌دهد.»

تأثیر گسترده و چشم‌انداز آینده

فناوری ارتقاء یافته fNIRS نسبت به سایر روش‌های تصویربرداری عصبی مزایای متعددی دارد. این شیوه به خاطر هزینه کم و قابلیت حمل بالا، می‌تواند دریچه‌های تازه‌ای برای تشخیص و پایش شرایطی همچون سکته مغزی، آسیب‌های مغزی و تومورهای مغزی حتی در خارج از بیمارستان‌های بزرگ بگشاید. همچنین، توانایی بررسی غیرتهاجمی ساختارهای عمیق مغز، پژوهش در زمینه رشد شناختی، بیماری‌های عصبی و سلامت روان در سنین مختلف را سرعت می‌بخشد.

در ادامه، پژوهش‌های آتی بر کاهش زمان اسکن، افزایش دامنه کاربرد برای افراد با تنوع‌های پوستی و مویی مختلف و طراحی نسل بعدی دستگاه‌های تصویربرداری مغز متمرکز خواهد بود. هرچند اجرای عملی تصویربرداری پرسرعت و کامل از سر ممکن است زمان‌بر باشد، اما این گام مهمی در جهت پر کردن فاصله میان دستگاه‌های قابل حمل ساده و اسکنرهای پیشرفته و پر دقت است.

پژوهشگران یادآور می‌شوند: «روش‌های اپتیکی تصویربرداری غیرتهاجمی مغز انسان این پتانسیل را دارند که شکاف فناورانه بین دستگاه‌های ارزان و قابل حمل مانند EEG و ابزارهای گران و با وضوح بالا از جمله fMRI را پوشش دهند.»

جمع‌بندی

این مطالعه برجسته برای نخستین بار نشان داد که امکان عبور کامل نور از سر انسان با سیستم بهینه‌سازی شده fNIRS وجود دارد. هرچند این حوزه هنوز در مراحل اولیه است، اما این رویکرد نوآورانه نوید آینده‌ای را می‌دهد که تصویربرداری مغز از اعماق، ایمن‌تر، مقرون به صرفه‌تر و برای عموم قابل دسترس باشد و می‌تواند تحولی اساسی در پژوهش‌های علوم اعصاب و مراقبت‌های بالینی مغز به وجود آورد.