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
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)
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.
.