Создана сверхбыстрая система, визуализирующая процессы внутри мозга человека на молекулярном уровне
Методы визуализации, которые в режиме реального времени предоставляют подробную информацию о сложных церебральных сосудистых сетях, важны для расширения нашего понимания нервно-сосудистых расстройств, таких как инсульт, деменция и острая травма головного мозга.
Хотя позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) дают приличные изображения, они страдают от низкого пространственного разрешения, что затрудняет различение соседних структур тела, и низкого временного разрешения, т. е. времени, необходимого для проведения измерений и построения итогового изображения.
Оптическая микроскопия также дает изображения с высоким разрешением, но ей мешают низкая скорость визуализации и недостаточная глубина проникновения. Ультразвук с усилением микропузырьков проникает глубоко с высоким разрешением, но не обладает функциональной чувствительностью.
Альтернативный метод визуализации ,фотоакустическая микроскопия (PAM), использует импульсы лазерного света, направляемые в орган. Импульсы вызывают ультразвуковую волну, которая улавливается для формирования изображения. Важно отметить, что PAM может использовать лазерный свет с различной длиной волны для воздействия на определенные структуры тела, вплоть до молекулярного уровня. Это означает, что метод способен измерять важные гемодинамические параметры, такие как оксигенация крови, кровоток и скорость метаболизма кислорода.
Недостатком PAM является медленное сканирование. Но эта проблема была решена исследователями Института наук о мозге Дьюка (DIBS) с разработкой сверхбыстрой функциональной фотоакустической микроскопии (UFF-PAM), которая работает в два раза быстрее, чем существующие системы PAM. UFF-PAM позволяет визуализировать микроциркуляторное русло и функционирование головного мозга с широким полем зрения и высоким пространственным разрешением, чего не хватает другим методам визуализации.
В рамках эксперимента ученые использовали UFF-PAM для успешного определения гемодинамических ответов на индуцированную гипоксию, гипотензию, вызванную нитропруссидом натрия, и инсульт в мозге мышей. UFF-PAM смог зафиксировать быстрые изменения всего мозга в режиме реального времени.
Эксперимент с инсультом дал неожиданный результат. UFF-PAM обнаружил распространяющуюся волну деполяризации (SD), исходящую из области инсульта по всему мозгу, вызывающую сужение кровеносных сосудов (вазоконстрикцию) по мере ее распространения. Волны SD представляют большой интерес для исследователей и ученых, поскольку их функция плохо изучена.
«SD-волны могут указывать на уровень тяжести травмы, что делает их потенциальным диагностическим инструментом», — отметил Цзюньцзе Яо, доктор философии, доцент кафедры биомедицинской инженерии и преподаватель DIBS. По его словам, природа волн также может дать ключ к разгадке типа и степени повреждения головного мозга, что поможет оптимизировать лечение.