4 Tehnici impresionante de imagistică cerebrală
Știința creierului a făcut progrese uriașe în ultimele decenii, iar înțelegerea noastră a creierului, departe de a fi completă, a crescut enorm. Aceste progrese au fost posibile datorită diferitelor tehnici de imagistică cerebrală descoperite în acest ultim secol. În această postare vom trece în revistă cele mai impresionante 4 dintre aceste tehnici
Electroencefalografia (EEG)
EEG ar putea fi considerat părintele tehnicilor de neuroimagistică, deoarece este prima tehnică folosită pentru a măsura activitatea (electrică) a creierului viu. Hans Berger a înregistrat primul EEG al unui om în 1924. De atunci, dispozitivele EEG au avansat foarte mult, făcându-le mai fiabile, mai portabile, cu mai mulți electrozi și chiar fără fir. Tehnicile de interpretare a EEG și de analiză a datelor au avansat, de asemenea, foarte mult. Au fost dezvoltate tehnici complexe de analiză a datelor EEG (o scurtă prezentare generală poate fi găsită aici), cum ar fi așa-numita tomografie EEG. Cu această tehnică putem realiza o hartă 3D a interiorului creierului, doar prin măsurarea potențialelor electrice în scalpul creierului.
EEG este ieftin, neinvaziv, relativ ușor de configurat, iar rezoluția temporală este excelentă: până la mai puțin de 1 ms sau, cu alte cuvinte, mai mică decât timpul necesar pentru a avea un potențial de acțiune. Pe de altă parte, rezoluția spațială a EEG este mai mare decât alte tehnici de imagistică cerebrală (aproximativ 1-2 cm).
Imagistica prin rezonanță magnetică (IRM)
Reprezintă Sfântul Graal în tehnicile de imagistică cerebrală, precum și pentru imagistica medicală în general. IRM este o tehnică relativ nouă (prima imagine IRM a fost publicată în 1973). Paul Lauterbur și Peter Mansfield, pionieri ai tehnicilor RMN, au primit premiul Nobel pentru medicină în 2003. Foarte pe scurt, IRM utilizează câmpuri magnetice puternice și impulsuri electromagnetice pentru a excita protoni care generează apoi un foton înainte de a se dezintegra la starea lor normală. Acești fotoni sunt apoi măsurați de RMN și poate fi generată o hartă a unui țesut viu. IRM are o rezoluție spațială mare (2-3 mm), ceea ce îl face foarte potrivit atât pentru cercetare, cât și pentru aplicații clinice. Dezavantajul este rezoluția temporală, care este destul de scăzută (mai mare de 1 secundă). De asemenea, echipamentul RMN este foarte scump, voluminos și, prin urmare, nu este portabil și nu este potrivit pentru utilizarea în afara laboratorului.
Spectroscopia în infraroșu apropiat (NIRS)
Este o tehnică relativ recentă: aplicațiile medicale și fiziologice au fost dezvoltate abia în ultimele câteva decenii. Ideea este de a atașa o sursă de lumină NIR pe scalp și un detector de lumină NIR. În acest fel, se poate obține rata de transmisie și de absorbție a luminii NIR în țesuturile umane, care conține informații despre modificările concentrației de hemoglobină. Se întâmplă că, atunci când o anumită zonă a creierului este activă, cererea de oxigen crește și, prin urmare, crește și concentrația de hemoglobină. NIRS poate obține informații doar din țesuturile corticale, deoarece lumina NIR este complet absorbită în regiunile mai profunde ale creierului. De asemenea, rezoluția temporală a NIRS este similară cu cea a IRM, deoarece obținem informații similare, adică modificări ale fluxului sanguin. Avantajele NIRS sunt portabilitatea, ușurința de utilizare și faptul că este ieftin. Din aceste motive, NIRS a fost aplicat în multe aplicații de interfață creier-calculator (BCI).
Tomografie cu emisie de pozitroni (PET)
Este o tehnică foarte tare în care se aplică mai multe concepte fizice pentru a extrage informații din creier: de la fizica particulelor la fizica cuantică. Pe scurt, subiectul studiat este injectat cu un marker radioactiv care conține izotopi care se vor dezintegra în particule de energie mai mică, iar în acest proces vor crea pozitroni care se vor ciocni cu electroni și apoi se vor transforma în fotoni care pot fi detectați de PET. Cu toate acestea, această tehnică de imagistică a creierului este invazivă (subiectul este injectat cu o substanță radioactivă), costisitoare (pentru a crea izotopul radioactiv, este nevoie de un sincrotron) și nu este portabilă (PET este destul de mare). Pe de altă parte, calitatea imaginilor PET este destul de ridicată și este utilizată pe scară largă pentru detectarea tumorilor cerebrale, printre alte aplicații (clinice).
Există și alte tehnici interesante de neuroimagistică, dar pentru ca această postare să fie suficient de scurtă, le voi enumera doar pe scurt:
- Electrocorticograma (EcoG): necesită deschiderea craniului și plasarea unui set de electrozi pe suprafața cortexului. Înregistrează semnale electrice, dar de o calitate mai bună decât EEG.
- Magnetoencefalograma (MEG): La fel ca EEG, dar în acest caz înregistrează câmpurile magnetice produse de neuroni în timp ce aceștia se declanșează.
- Tomografie asistată de calculator (CAT): Se fac o mulțime de radiografii din mai multe unghiuri diferite. Cu aceste informații se poate produce o imagine 3D a creierului. Atenție: Expunerea pacienților la radioactivitate este considerabilă.
- Micro Electrode Array (MEA): Folosit pentru culturile de neuroni in vitro, permite măsurarea potențialelor de acțiune individuale, obținând acces la mecanismele de comunicare mai de bază dintre neuroni.