4 Wspaniałe Techniki Obrazowania Mózgu

Nauka o mózgu poczyniła ogromne postępy w ostatnich dekadach, a nasze zrozumienie mózgu, dalekie od kompletności, wzrosło ogromnie. Postępy te stały się możliwe dzięki różnym technikom obrazowania mózgu, które zostały odkryte w ciągu ostatniego stulecia. W tym poście przejdziemy przez 4 najbardziej niesamowite z tych technik

EEG nagrane przez Hans Berger (Public Domain)

Elektroencefalografia (EEG)

EEG można uznać za ojca technik neuroobrazowania, ponieważ jest to pierwsza technika używana do pomiaru (elektrycznej) aktywności żywego mózgu. Hans Berger zarejestrował pierwsze EEG człowieka w 1924 roku. Od tego czasu urządzenia EEG znacznie się rozwinęły, stając się bardziej niezawodne, przenośne, z większą liczbą elektrod, a nawet bezprzewodowe. Interpretacja EEG i techniki analizy danych również posunęły się naprzód. Opracowano złożone techniki analizy danych EEG (krótki przegląd można znaleźć tutaj), takie jak tak zwana EEG-tomografia. Dzięki tej technice możemy stworzyć trójwymiarową mapę wnętrza mózgu, po prostu mierząc potencjały elektryczne w skórze głowy mózgu.
EEG jest tanie, nieinwazyjne, stosunkowo łatwe do ustawienia, a rozdzielczość czasowa jest doskonała: do mniej niż 1 ms lub, innymi słowy, mniej niż czas potrzebny do powstania potencjału czynnościowego. Z drugiej strony, rozdzielczość przestrzenna EEG jest wyższa niż innych technik obrazowania mózgu (około 1-2 cm).

Magnetic Resonance Imagery (MRI)

Przedstawia Świętego Graala w technikach obrazowania mózgu, jak również w obrazowaniu medycznym w ogóle. MRI jest stosunkowo nową techniką (pierwszy obraz MRI został opublikowany w 1973 roku). Paul Lauterbur i Peter Mansfield, pionierzy techniki MRI, otrzymali nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny w 2003 roku. W dużym skrócie, MRI wykorzystuje silne pola magnetyczne i impulsy elektromagnetyczne do wzbudzenia protonów, które następnie generują foton przed rozpadem do normalnego stanu. Fotony te są następnie mierzone przez MRI i w ten sposób można wygenerować mapę żywej tkanki. MRI ma dużą rozdzielczość przestrzenną (2-3 mm), co czyni go bardzo przydatnym zarówno do badań naukowych, jak i zastosowań klinicznych. Wadą jest rozdzielczość czasowa, która jest dość niska (powyżej 1 sekundy). Ponadto, sprzęt MRI jest bardzo drogi, nieporęczny, a przez to nie przenośny i nie nadaje się do użytku poza laboratorium.

Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIRS)

Jest to stosunkowo nowa technika: zastosowania medyczne i fizjologiczne zostały opracowane dopiero w ciągu ostatnich kilku dekad. Idea polega na przymocowaniu źródła światła NIR do skóry głowy i detektora światła NIR. W ten sposób można uzyskać wskaźnik transmisji i absorpcji światła NIR w ludzkich tkankach, który zawiera informacje o zmianach stężenia hemoglobiny. Zdarza się, że gdy dany obszar mózgu jest aktywny, wzrasta jego zapotrzebowanie na tlen, a co za tym idzie wzrasta również stężenie hemoglobiny. NIRS może uzyskać informacje tylko z tkanek korowych, ponieważ światło NIR jest całkowicie pochłaniane w głębszych obszarach mózgu. Również rozdzielczość czasowa NIRS jest podobna do MRI, ponieważ uzyskujemy podobne informacje, czyli zmiany w przepływie krwi. Zaletami NIRS są poręczność, łatwość użycia i to, że jest tania. Z tych powodów NIRS został zastosowany w wielu aplikacjach Brain Computer Interface (BCI).

Positronowa tomografia emisyjna (PET)

EEG nagrane przez Jensa Langnera (Domena publiczna)

Jest to bardzo fajna technika, w której stosuje się kilka koncepcji fizycznych w celu wydobycia informacji z mózgu: od fizyki cząstek do fizyki kwantowej. Krótko mówiąc, badanemu wstrzykuje się znacznik radioaktywny zawierający izotopy, które rozpadają się na cząstki o niższej energii, a w tym procesie tworzą pozytony, które zderzają się z elektronami, a następnie przekształcają się w fotony, które mogą być wykryte przez PET. Niemniej jednak, ta technika obrazowania mózgu jest inwazyjna (uczestnikowi wstrzykuje się substancję radioaktywną), kosztowna (do wytworzenia izotopu radioaktywnego potrzebny jest sincrotron) i nie jest przenośna (PET jest dość duży). Z drugiej strony, jakość obrazów PET jest dość wysoka i jest szeroko stosowana do wykrywania guzów mózgu, wśród innych (klinicznych) zastosowań.

Istnieje kilka innych interesujących technik neuroobrazowania, ale aby ten post był wystarczająco krótki, wymienię je tylko pokrótce:

  • Elektrokortykogram (EcoG): wymaga otwarcia czaszki i umieszczenia zestawu elektrod w powierzchni kory mózgowej. Rejestruje sygnały elektryczne, ale o wyższej jakości niż EEG.
  • Magnetoencefalogram (MEG): Podobnie jak EEG, ale w tym przypadku rejestruje pola magnetyczne wytwarzane przez neurony podczas ich fire.
  • Tomografia wspomagana komputerowo (CAT): Wiele radiografii są wykonywane z wielu różnych kątów. Z tych informacji obraz 3D mózgu może być produkowany. Ostrożnie: Narażenie pacjentów na radioaktywność jest znaczne.
  • Mikromacierze elektrod (MEAs): Używane do hodowli neuronów in-vitro, pozwalają na pomiar poszczególnych potencjałów czynnościowych, uzyskując dostęp do bardziej podstawowych mechanizmów komunikacji między neuronami.

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.