Για δεκαετίες, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν υπέρυθρο φως για να μελετήσουν τον εγκέφαλο με μη επεμβατικές μεθόδους. Η τεχνική αυτή, γνωστή ως fNIRS (λειτουργική φασματοσκοπία εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας), βασίζεται στην απορρόφηση του φωτός από το αίμα του εγκεφάλου για να εξαχθούν συμπεράσματα για τη δραστηριότητα των νευρώνων.
Παρόλο που η fNIRS εκτιμάται για τη φορητότητα και το χαμηλό κόστος της, έχει έναν σημαντικό περιορισμό: το φως φτάνει μόνο στα επιφανειακά στρώματα του εγκεφάλου, περίπου έως 4 εκατοστά βάθος. Έτσι, περιορίζεται η πρόσβαση σε βαθύτερες εγκεφαλικές περιοχές που σχετίζονται με λειτουργίες όπως η μνήμη, το συναίσθημα και η κίνηση.
fNIRS: Μια θεωρητικά αδύνατη αποστολή επιτυγχάνεται
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης απέδειξαν κάτι που μέχρι πρόσφατα θεωρείτο αδύνατο: την ανίχνευση φωτός που έχει διαπεράσει ολόκληρο το ανθρώπινο κεφάλι, από τη μία πλευρά στην άλλη, ακόμη και στο πιο φαρδύ σημείο του κρανίου.
Η μελέτη, με τίτλο «Photon transport through the entire adult human head», δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Neurophotonics και παρουσιάζει μια εντυπωσιακή πρόοδο στην κατανόηση του πώς το φως ταξιδεύει μέσα από τα πολύπλοκα στρώματα του εγκεφάλου.
Πώς έγινε το πείραμα
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ισχυρά παλμικά λέιζερ και υπερευαίσθητους ανιχνευτές, σε ένα περιβάλλον απολύτως ελεγχόμενο και χωρίς παρεμβολές εξωτερικού φωτισμού. Έστρεψαν τη δέσμη λέιζερ σε μια πλευρά του κεφαλιού ενός εθελοντή και τοποθέτησαν τον ανιχνευτή στην αντίθετη πλευρά.
Παράλληλα, πραγματοποίησαν προηγμένες υπολογιστικές προσομοιώσεις της διάδοσης του φωτός στον εγκέφαλο. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συμφώνησαν πλήρως με τα πειραματικά δεδομένα, επιβεβαιώνοντας ότι οι ανιχνευθέντες φωτοδότες είχαν όντως διασχίσει το κρανίο και τον εγκέφαλο.
Μάλιστα, οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι το φως τείνει να ακολουθεί συγκεκριμένες διαδρομές με χαμηλότερη σκέδαση, όπως οι περιοχές με εγκεφαλονωτιαίο υγρό.
Νέοι ορίζοντες στην απεικόνιση του εγκεφάλου
Αυτή η ανακάλυψη αναθεωρεί τα όρια της μη επεμβατικής οπτικής απεικόνισης του εγκεφάλου και μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων οπτικών τεχνολογιών που θα μπορούν να «βλέπουν» βαθύτερα από ποτέ.
Αν και η τρέχουσα μέθοδος δεν είναι ακόμη πρακτική για καθημερινή χρήση – χρειάστηκε 30 λεπτά συλλογής δεδομένων και λειτούργησε μόνο σε εθελοντή με ανοιχτόχρωμο δέρμα και χωρίς μαλλιά – το πείραμα αυτό λειτουργεί ως απόδειξη ότι το αδύνατο μπορεί να γίνει δυνατό.
Πιθανές εφαρμογές στο μέλλον
Με περαιτέρω ανάπτυξη, αυτή η τεχνική θα μπορούσε να καταστήσει εφικτή την βαθιά απεικόνιση του εγκεφάλου σε κλινικές ή κατ’ οίκον εφαρμογές, με πολύ χαμηλότερο κόστος από τις σημερινές μεθόδους όπως η μαγνητική ή η αξονική τομογραφία. Αυτό μπορεί να αποδειχθεί πολύτιμο για τη διάγνωση εγκεφαλικών, τραυμάτων ή όγκων, ειδικά σε περιοχές όπου η πρόσβαση σε ακριβό εξοπλισμό είναι περιορισμένη.
Περισσότερες πληροφορίες: Jack Radford et al, Μεταφορά φωτονίων μέσω ολόκληρου του κεφαλιού ενός ενήλικα ανθρώπου, Neurophotonics (2025). DOI: 10.1117/1.NPh.12.2.025014
Παρέχεται από το Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης