Исследователи из Университета Глазго впервые в истории смогли провести инфракрасный лазерный пучок сквозь человеческую голову и получить изображение на выходе. Эксперимент открывает новые возможности для неинвазивной диагностики мозга и может стать основой для будущих медицинских технологий.
Современная медицина использует несколько методов «просвечивания» мозга. МРТ применяет магнитные поля, КТ использует рентгеновское излучение, функциональная МРТ измеряет кровоток для оценки активности нейронов, а ПЭТ отслеживает радиоактивные изотопы для изучения метаболизма. Ближняя инфракрасная спектроскопия (NIRS) измеряет поглощение света гемоглобином, но проникает лишь на 4 см в глубину. Каждый метод имеет свои преимущества: МРТ дает высокую детализацию, ПЭТ показывает функциональную активность, а оптические методы безопасны и портативны.
Исследователи из Университета Глазго впервые в истории смогли провести инфракрасный лазерный пучок сквозь человеческую голову и получить изображение на выходе. Работа опубликована в журнале Neurophotonics.
Ученые впервые в истории добились успешного проведения света через всю голову взрослого человека, преодолев колоссальное затухание в 10^18 раз. Это достижение открывает новые горизонты для неинвазивной визуализации глубинных структур мозга.
Исследователи использовали специальную импульсную лазерную систему и методы подсчета единичных фотонов для отслеживания частиц света, проходящих 15,5 см через человеческую голову. Несмотря на то что из квинтиллиона излученных фотонов выживал лишь один, система регистрировала примерно один фотон в секунду после 30 минут сбора данных.
Как просвечивали голову
Эксперимент проводился в полностью затемненной комнате, где ученые направляли импульсы света на одну сторону головы участника, в то время как сверхчувствительный детектор ожидал фотоны с противоположной стороны. Компьютерные симуляции предсказывали определенные маршруты света через мозг, и экспериментальные результаты оказались невероятно близки к прогнозам. Фотоны предпочитали путешествовать через спинномозговую жидкость - прозрачную защитную среду, окружающую мозг.
Современные оптические методы сканирования мозга, такие как функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS), проникают лишь на 4 см, ограничиваясь поверхностью мозга. Новая технология позволяет получать информацию от борозд мозга, ядер среднего мозга и областей мозжечка - критически важных зон для понимания неврологических расстройств.
Но пока существуют значительные препятствия. Успешное обнаружение произошло только у одного участника со светлой кожей и отсутствием волос из восьми испытуемых. 30-минутное время сбора данных и использование лазеров мощностью 1,2 Вт, приближающихся к пределам безопасности для кожи, создают практические сложности для клинического применения.