대부분의 경우 다른 사람의 두뇌 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지보고 싶어하는 사람은 어떤 도구를 사용할 때 트레이드 오프를해야합니다. 그만큼 electroencephalograp (EEG) 저렴하고 휴대용이지만 뇌의 외부 층을 지나서 많이 읽을 수는 없습니다. 기능적 자기 공명 영상 (FMRI)비싸고 방의 크기이지만 더 깊어 질 수 있습니다. 이제 글래스고의 연구 그룹은 언젠가 EEG만큼 저렴하고 휴대용으로 장비를 사용하여 FMRI의 깊이를 제공 할 수있는 메커니즘을 제시했습니다. 이 기술은 이전에 불가능 해 보였던 것에 의존 할 것입니다. 사람의 머리를 통해 빛을 발합니다.
분명히, 인간의 머리는 그것을 통해 많은 빛을 내지 않습니다. 수년 동안, 광학 뇌 영상이라고 불리는 빛을 사용한 뇌 영상 기술은 연구 및 임상 실습에 널리 사용되는 장벽에 맞서 싸웠습니다. 광학 뇌 영상은 주로 사용됩니다 근적외선 조명인간 조직이 상대적으로 투명한 지. 그러나 인간의 머리는 그 파장조차도 차단하는 데 능숙하여 글래스고 리서치 그룹 (Glasgow Research Group)은 모든 근적외선 광자의 10 억 분의 1 억만만이 한쪽에서 다른 쪽에서 다른 사람의 머리를 통해 그것을 만들어 낸다는 것을 발견했습니다. 이와 같은 통계는 현장에서 많은 사람들이 깊은 뇌를 통해 빛을 운반하는 것이 불가능하다는 결론을 내렸다. 다니엘 나는글래스고 대학교 (University of Glasgow)의 그룹이 최근에 해냈습니다.
“때때로 우리는 생각의 단계를 겪었습니다. 아마도 우리는 몇 년 동안 신호를 보지 못했기 때문에 불가능할 것입니다.” – 글래스고 대학교 라드 포드
“레이저 탐지기가 3 센티미터 떨어져 있고 아마도 5 센티미터 떨어져있는 레이저 탐지기를 모니터링하는 많은 광학 기술이 있습니다. 잭 래드 포드연구의 주요 저자는 신경 포토 닉설명합니다. 이 팀은 두껍고 밝은 산란 재료의 석판으로 시작하여 빛이 인간의 머리 너비를 통과하여 광 검출기에 도달 할 수 있음을 발견했습니다. 그런 다음 자원 봉사자의 머리를 통해 근적외선 광 전송의 한계를 테스트하기위한 실험을 설계했습니다.
이 그룹은 수백만의 광자가 800 나노 미터 파장 조명을 헤드의 한쪽으로 방출하는 1.2 와트 레이저에서 다른 쪽의 탐지기까지 이동하는 시간을 측정했습니다. 매번 개별 광자가 피사체의 머리를 통해 취할 수있는 가능한 경로를 나타냅니다. 또한 광자의 이동 경로를 시뮬레이션하고 실험 시간과 시뮬레이션 된 시간의 분포를 구성했습니다. 분포가 너무 비슷했기 때문에 방을 통과하는 임의의 광자를 감지하는 것이 아니라는 결론을 내릴 수있었습니다. 그러나 그것은 단지 매끄러운 항해가 아닙니다.
머리를 통해 수십억 달러의 광자를 찾기 위해 실험 설정의 많은 반복이 필요했습니다.Extreme Light Group/University of Glasgow
Radford는“논문에없는 것은 실제로 효과가없는 5 년간의 실험입니다. 팀이 실험에 대한 주요 개선은 배경 소음을 줄이는 것이 었습니다. 광자가 너무 적기 때문에 실제로 머리를 통과 한 광자보다 광자가 방 주위에 튀어 오르는 것이 더 가능성이 높습니다. 그들은 피험자의 머리 위로 검은 천을 드레이프하고, 블랙 박스에 전체 실험을 수행하고, 피사체를 수면 가방과 같은 배열에 넣고, 좋은 결과를보기 전에 그 위에 다른 검은 색 덮개를 장착하는 것과 같은 조정을했습니다. 그들은 또한 다른 레이저를 시도하고 빔 크기와 파장을 조정하고 신호를 개선하기 위해 새로운 설정을 발명했으며, 그 중 일부는 자전거 헬멧과 촌쇄물과 관련이있었습니다.
Radford는“때때로 우리는 생각의 단계를 겪었습니다. 아마도 몇 년 동안 신호를 보지 못했기 때문에 불가능할 수도 있습니다. “그러나 우리가 무언가를 할 수있는 성향이 항상있었습니다. 그래서 그것은 연구 프로젝트에서 모멘텀을 유지 한 것입니다.”
이제 깊은 뇌를 통과 한 광자를 측정 할 수있는 가능성은 저렴하고, 접근하기 쉽고, 더 깊은 침투하는 뇌 영상 기술을위한 새로운 가능성을 열어줍니다.
더 깊은 광학 뇌 영상을 향해
“현재까지의 응용은 거의 뇌 표면에 초점을 맞추고 있습니다. 이것이 현재 기술이 할 수있는 일입니다.”라고 말합니다. Roarke Horstmeyer글래스고 연구에 관여하지 않은 듀크 대학교의 생물 의학 공학부 교수. 이 연구는“이 광학 기술이 더 깊은 지역에 도달하기 시작할 수 있는지 여부를 평가하고 확립하는 데 도움이됩니다.”
Radford는 특히 뇌 건강을 정량화하기 위해 미래의 심층 침투 광학 뇌 영상을 임상 및 의료 환경에 적용 할 수있는 방법을 모색하고 있습니다. 인지 쇠퇴, 신경 퇴행성 질환, 뇌 안개 및 뇌진탕과 같은 광범위한 정복하기 어려운 조건 세트의 경우 병원은 일반적으로 설문지를 사용하여 뇌 기능을 결정합니다. 하지만 “[there are] Radford. Deeper Brain에 도달 할 수있는 광학 이미징 도구는 정량화하기 어려운 조건을 식별하는보다 널리 접근 가능하고 결정적인 방법을 제공 할 수 있습니다.
Radford가 관심이있는 또 다른 응용 프로그램은 뇌졸중의 빠른 진단입니다. 심각한 신경 학적 손상이 발생하기 전에 뇌졸중을 정확하게 식별하고 처리하는 것은 현재 뇌졸중의 정확한 원인을 결정하기 위해 몇 시간 내에 CT 스캔 및 MRI를 얻는 능력에 의존합니다. 그러나 이러한 스캔은 비싸므로 처리가 덜 접근 할 수 없습니다. 그러나 원인을 알지 못하는 뇌졸중 치료는 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 광학 뇌 영상 방법을 사용하는 침대 옆 뇌 스캐너는 뇌졸중의 원인을 빠르고 저렴하게 식별하여 빠른 진단 및 치료로 이어질 수 있습니다.
Radford는 비싸고 더 깊은 침투 이미징 장비의 어려운 트레이드 오프와 저렴하지만 얕은 센서가 분해되기 시작했다는 것을 기쁘게 생각합니다. 의사와 연구원들은“그들이 사용할 수 있다는 것을 깨닫지 못합니다 [brain imaging] 그들은 항상 MRI를 사용하는 것이 문제가되지 않는다고 생각했기 때문에 [MRI] 의문의 여지가 없습니다. 임상의와 대화하고… 진단과 치료에 도움이되는 다양한 잠재적 용도를 탐색하는 것은 흥미 롭습니다.”라고 그는 말합니다.
그러나 임상 환경에서 성공하기 위해 기술이 여전히 극복 해야하는 장애물이 있습니다. 우선, 연구 자체는 깊은 뇌를 이미지화하지 못했습니다. 방금 광자를 보냈습니다. Horstmeyer는“이 기술은 여전히 갈 길이 멀다. 또 다른 장애물은 피험자의 헤드 해부학에 대한 변형입니다. 8 명의 자원 봉사자들의 실험에서 실험을 실시한 시행이 실험을 실시했으며 Radford의 그룹은 피부가 공정한 피부와 머리카락이없는 참가자에 대한 신호 만 감지 할 수있었습니다.
Horstmeyer는“머리를 가로 질러 갈 때, 당신은 단순히 피부의 색이나 두개골의 두께 또는 헤어 스타일을 감지 할 수있는 차이를 만들 수있는 낮은 빛의 수준에 있습니다.
Radford는 레이저의 전력과 빔 크기를 변경하여 인간 해부학의 변화를 극복 할 수있는 방법이있을 수 있다고 생각하지만, 이러한 변화는 공간 해상도에 문제를 일으킬 수 있음을 인정합니다. 그는“내 마음에 여전히 해결되지 않은 문제”라고 그는 말했다.
이러한 도전에도 불구하고 Radford는이 연구의 목적이 인간의 머리 전체를 통해 광자를 운반하는 것이 물리적으로 가능하다는 것을 보여주는 것이라고 강조합니다. “측정의 요점은 불가능하다고 생각되는 것이 우리가 가능하다는 것을 보여주는 것입니다.