Измерение кровотока и активности мозга с помощью света

Неинвазивный метод измерения мозгового кровотока с помощью света был разработан специалистами Калифорнийского университета в Дэвисе (США) и используется для определения активации мозга. Новый метод, функциональная интерферометрическая спектроскопия диффузных волн (functional interferometric diffusing wave spectroscopy, fiDWS), обещает быть дешевле существующих технологий, таких как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), и может быть использован для оценки травм мозга или в исследованиях в области неврологии.

Работа была недавно опубликована в журнале Science Advances.

Измерение мозгового кровотока важно для диагностики инсульта, а также для прогнозирования вторичных повреждений при субарахноидальных кровоизлияниях или травматических повреждениях мозга. Врачи, проводящие неврологическую интенсивную терапию, также хотели бы отслеживать процесс выздоровления пациента путем визуализации мозгового кровотока и насыщения кислородом. Существующие же технологии дороги, громоздки, либо имеют недостатки в плане точности.

Новый метод использует тот факт, что свет ближнего инфракрасного диапазона может проникать через ткани организма. Если посветить ближним инфракрасным лазером на лоб человека, свет будет многократно рассеиваться тканями, включая клетки крови. Улавливая сигнал колебаний света, который находит свой путь обратно через череп и кожу головы, можно получить информацию о кровотоке внутри мозга.

Естественно, этот сигнал чрезвычайно слаб. Но ученые преодолели эту проблему, используя интерферометрию: способность световых волн накладываться друг на друга, усиливая или отменяя друг друга. В частности, с помощью интерферометрии сильная световая волна может усилить слабую световую волну.

Сначала они разделяют лазерный луч на "образец" и "эталонный". Луч образца направляется в голову пациента, а опорный луч направляется таким образом, чтобы он соединялся с лучом образца перед тем, как попасть в детектор. Благодаря интерферометрии более сильный опорный луч усиливает слабый сигнал образца. Это позволило команде измерить выходной сигнал с помощью светочувствительного чипа, который используется в цифровых фотоаппаратах, вместо дорогостоящих детекторов подсчета фотонов. Затем они используют программное обеспечение для расчета индекса кровотока для различных участков мозга.

При испытаниях ученые обнаружили, что они могут измерять кровоток быстрее и глубже под поверхностью черепа, чем с помощью существующей технологии на основе света. Они могли измерять пульсирующий мозговой кровоток, а также обнаруживать изменения, когда добровольцам давали легкое повышение уровня углекислого газа.