Ученые впервые лазером насквозь просветили голову человека

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.
Владимир Губайловский
Владимир Губайловский
Ученые впервые лазером насквозь просветили голову человека
Свет сквозь мозг. Unsplash
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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

Свет проникает в голову на разную глубину.
Свет проникает в голову на разную глубину.
Radford et al., Neurophotonics, 2025

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

Экспериментальная конфигурация, используемая в лабораторных экспериментах — сверхбыстрый импульсный лазер (мощность 1,2 Вт, длина волны 800 нм, длительность импульса 140 фс, частота повторения 80 МГц) расширяется до равномерно распределенного круга диаметром 1 дюйм и проецируется на боковую поверхность головы. Диаметрально напротив источника с лазерным триггером синхронизируется приемник.
Экспериментальная конфигурация, используемая в лабораторных экспериментах — сверхбыстрый импульсный лазер (мощность 1,2 Вт, длина волны 800 нм, длительность импульса 140 фс, частота повторения 80 МГц) расширяется до равномерно распределенного круга диаметром 1 дюйм и проецируется на боковую поверхность головы. Диаметрально напротив источника с лазерным триггером синхронизируется приемник.
Radford et al., Neurophotonics, 2025
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.