Mélyagyi vizsgálatok közeli infravörös fénnyel

A Neurophotonics folyóiratban május 28-án jelent meg a University of Glasgow kutatóinak cikke, amelyben sikerült bizonyítani, hogy lehetséges az, amit korábban lehetetlennek tartottak: a teljes felnőtt emberi fejen áthaladó fény észlelése, így egy napon ez a módszer képalkotó vizsgálatok elvégzésére is felhasználható lesz. Az agy nem invazív vizsgálatára már évtizedek óta használatos a közeli infravörös fény - ez az optikai technika az úgynevezett fNIRS (funkcionális közeli infravörös spektroszkópia; functional near-infrared spectroscopy), az agyban a vér által elnyelt fényt méri, hogy abból következtetéseket vonjon le az agyi aktivitásra.

A hordozhatóság és az alacsony költség miatt nagyra értékelt fNIRS-nek van azonban egy jelentős hátránya: nem képes nagyon mélyen behatolni az agyba. A fény általában csak az agy legkülső rétegeibe jut el, körülbelül 4 centiméter mélységig – ez elegendő ugyan az agy felszínének tanulmányozásához, de nem elég a memória, az érzelmek és a mozgáshoz kapcsolódó kritikus funkciókért felelős mélyebb régiók vizsgálatához. Pontosan ez a hátrány korlátozza a mélyebb agyi régiók tanulmányozásának lehetőségét - különben drága és nagy méretű berendezésekre, például MRI-gépekre van szükség.

A mostani tanulmányban a kutatók azt mutatták be, hogy a megfelelő berendezéssel igenis lehetséges akár a fej legszélesebb pontján áthaladó fotonok mérése. Ennek érdekében nagy teljesítményű lézereket és rendkívül érzékeny detektorokat használtak egy gondosan ellenőrzött kísérletben. Impulzus lézer sugarat irányítottak egy önkéntes fejének egyik oldalára, és detektorokat helyeztek el a másik oldalon. A berendezést úgy tervezték, hogy minden más fényt kizárjon, és maximalizálja annak esélyét, hogy elkapják azt a kevés fotont, ami teljes utat tett meg a koponyán és az agyon keresztül. A kutatók részletes számítógépes szimulációkat is futtattak, hogy megjósolják, hogyan halad majd át a fény a fej komplex rétegein keresztül. Ezek a szimulációk szorosan egyeztek a kísérleti eredményekkel, megerősítve, hogy az észlelt fotonok valóban áthaladtak az egész fejen.

Érdekes módon a szimulációk kimutatták, hogy a fény hajlamos meghatározott útvonalakat követni, amelyeket az agy alacsonyabb szórású területei, például a cerebrospinális folyadék irányítanak. Ez a mostani áttörés arra utal, hogy lehetséges lehet olyan új optikai eszközök tervezése, amelyek a jelenlegi technológiáknál mélyebbre hatolnak az agyba, így mélyebb rétegek vizsgálatára is alkalmasak.

Bár a jelenlegi módszer még nem alkalmas mindennapi használatra – egyelőre a képalkotás 30 perces adatgyűjtést igényel, és csak világos bőrű, teljesen kopasz, szőrtelen fejű alanyokon működik, a felfedezés inspirálhatja a kutatóközösséget arra, hogy újragondolja, mikre lehetnek képesek az új generációs fNIRS-rendszerek. További fejlesztésekkel ez a megközelítés hozzájárulhat ahhoz, hogy a mélyagyi képalkotás olcsóbb és hordozhatóbb formában bekerüljön a kórházak repertoárjába, például olyan állapotok gyors diagnosztizálásához és monitorozásához, mint a stroke, az agyi sérülések vagy a daganatok, különösen olyan környezetben, ahol az MRI- vagy CT-vizsgálatokhoz való hozzáférés korlátozott.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Scientists detect light passing through entire human head, opening new doors for brain imaging

Photon transport through the entire adult human head

Irodalmi hivatkozás:

Jack Radford et al, Photon transport through the entire adult human head, Neurophotonics (2025). DOI: 10.1117/1.NPh.12.2.025014