Σε μια πρωτοποριακή έρευνα, επιστήμονες χρησιμοποίησαν κύματα υπερήχων για να δουν τι συμβαίνει μέσα στον εγκέφαλο ενός άνδρα. Η εγκεφαλική δραστηριότητα του άνδρα καταγράφηκε ενώ ολοκλήρωνε εργασίες εκτός της ιατρικής εγκατάστασης, συμπεριλαμβανομένου του παιχνιδιού με videogame.
Για να επιτευχθεί αυτό το κατόρθωμα, οι ερευνητές εμφύτευσαν ένα υλικό στο κρανίο του άνδρα που επέτρεπε στα υπερηχητικά κύματα να εισέλθουν στον εγκέφαλό του.
Πώς κατάφεραν οι επιστήμονες να “εισβάλλουν” στον εγκέφαλο του άνδρα
Αφού εισήλθαν μέσα από αυτό το “ακουστικά διαφανές” παράθυρο, αυτά τα κύματα αναπήδησαν στα όρια μεταξύ των ιστών. Μερικά από τα κύματα αυτά επέστρεψαν στη συνέχεια στον υπερηχητικό καθετήρα, ο οποίος συνδέθηκε με έναν σαρωτή. Τα δεδομένα επέτρεψαν στους επιστήμονες να δημιουργήσουν μια εικόνα για το τι συνέβαινε στον εγκέφαλο του άνδρα, παρόμοια με τον τρόπο που οι απεικονιστικές εξετάσεις μπορούν να απεικονίσουν ένα έμβρυο στη μήτρα.
Η ερευνητική ομάδα παρακολούθησε τις αλλαγές στον όγκο του αίματος στον εγκέφαλο του άνδρα κατά τη διάρκεια των εργασιών, εστιάζοντας συγκεκριμένα σε περιοχές του εγκεφάλου που ονομάζονται οπίσθιος βρεγματικός φλοιός και κινητικός φλοιός. Και οι δύο περιοχές συμβάλλουν στον συντονισμό των κινήσεων.
Η αξιολόγηση των αλλαγών στον όγκο του αίματος αποτελεί έναν έμμεσο τρόπο παρακολούθησης της δραστηριότητας των εγκεφαλικών κυττάρων. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν οι νευρώνες είναι πιο δραστήριοι, απαιτούν περισσότερο οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά, τα οποία μεταφέρονται μέσω των αιμοφόρων αγγείων.
Η χρήση της υπερηχογραφικής απεικόνισης
Η νέα μελέτη βασίστηκε σε προηγούμενη έρευνα σε μη ανθρώπινα πρωτεύοντα θηλαστικά. Τώρα, οι επιστήμονες μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν την υπερηχογραφική απεικόνιση για να παρακολουθήσουν την ακριβή νευρική δραστηριότητα που εκτυλίσσεται στον εγκέφαλο ενός άνδρα καθώς εκτελούσε διάφορες εργασίες, όπως το να παίζει ένα απλό videogame με τελείες και να γρατζουνάει την κιθάρα. Η ερευνητική ομάδα περιέγραψε τα ευρήματά της σε εργασία που δημοσιεύτηκε στις 29 Μαΐου στο περιοδικό Science Translational Medicine.
«Όπως ακριβώς συνέβαινε και με τα μη ανθρώπινα πρωτεύοντα θηλαστικά, τα δεδομένα υπερήχων του ασθενούς έδειξαν τις προθέσεις του – κίνησε αυτό το χειριστήριο, έπαιξε την κιθάρα – ενώ οι ίδιες οι ενέργειες πραγματοποιούνταν», δήλωσε ο Dr. Charles Liu, συν-συγγραφέας της μελέτης και νευροχειρουργός στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια. Ουσιαστικά, τα αποκαλύφθηκε ότι ο εγκέφαλός του προετοιμαζόταν για κίνηση, όπως η χρήση χειριστηρίου ή η κιθάρα, πριν καν πραγματοποιηθεί η κίνηση.
Η χρήση της μεθόδου στην πράξη
Η απεικόνιση με λειτουργικό υπερηχογράφημα, η οποία παρακολουθεί τις αλλαγές στον όγκο του αίματος στον εγκέφαλο, θεωρείται μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στις συμβατικές τεχνικές απεικόνισης εγκεφάλου, όπως η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI). Αυτό συμβαίνει επειδή θεωρείται πιο ευαίσθητη στις αλλαγές της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Επιπλέον, οι εικόνες που παράγονται έχουν υψηλότερη ανάλυση και η μέθοδος δεν απαιτεί από τους ασθενείς να παραμείνουν ακίνητοι μέσα σε ένα μηχάνημα για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε νοσοκομείο.
Έτσι, θεωρητικά θα μπορούσε κανείς να παρακολουθήσει την εγκεφαλική δραστηριότητα των ασθενών σε πραγματικές συνθήκες. Αυτό είναι εφικτό σήμερα με το φορητό EEG (ηλεκτροεγκεφαλογράφημα), αλλά το EEG παρακολουθεί την ηλεκτρική δραστηριότητα και όχι τη ροή του αίματος, και το κάνει αυτό διαπερνώντας το δέρμα του κεφαλιού και το κρανίο, οπότε δεν είναι πολύ ακριβές.
Αντίστοιχα, το ανθρώπινο κρανίο αποτελούσε πάντα ένα εμπόδιο για τα υπερηχητικά κύματα, εμποδίζοντάς τα να εισέλθουν στον εγκέφαλο. Γι’ αυτό, στη νέα μελέτη, ο Liu και οι συνεργάτες του ξεπέρασαν αυτό το εμπόδιο δοκιμάζοντας την προσέγγισή τους σε έναν ασθενή στον οποίο είχε αφαιρεθεί ένα τμήμα του κρανίου του. Αυτό είχε γίνει για να μειωθεί η πίεση στον εγκέφαλό του μετά από σοβαρό τραυματικό τραυματισμό εγκεφάλου (ΤΤΕ).
Συνήθως, στους ασθενείς με ΤΤΕ που υποβάλλονται σε αυτή τη διαδικασία τοποθετείται ένα πλέγμα τιτανίου ή ένα ειδικά κατασκευασμένο εμφύτευμα για να αντικαταστήσει το χαμένο τμήμα του κρανίου τους. Στην περίπτωση αυτή, η ομάδα κατασκεύασε το ακουστικά διαφανές εμφύτευμα. Οι συγγραφείς της μελέτης δήλωσαν ότι στο μέλλον, η νέα τεχνική μπορεί να μην περιορίζεται μόνο σε ασθενείς με ΤΤΕ.
«Υπάρχει μια σειρά από παρεμβάσεις που απαιτούν αφαίρεση ενός τμήματος του κρανίου», δήλωσε στη δήλωση ο Mikhail Shapiro, συν-ανώτερος συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής χημικής μηχανικής και ιατρικής μηχανικής στο Caltech. «Έτσι, υπάρχουν πολλοί ασθενείς που θα μπορούσαν ενδεχομένως να ωφεληθούν από ένα κρανιακό εμφύτευμα που είναι διαφανές στα ακουστικά σήματα που χρησιμοποιεί ο υπέρηχος».
