تصویربرداری از مغز انسان همواره یکی از چالش‌های بزرگ در علم پزشکی و علوم اعصاب بوده است. روش‌های فعلی یا گران‌قیمت، حجیم و غیرقابل حمل هستند یا تنها امکان مشاهده‌ی سطوح بیرونی مغز را دارند. حالا دانشمندان موفق به توسعه‌ی روشی نوآورانه شده‌اند که می‌تواند بدون نیاز به جراحی، با استفاده از نور و فناوری‌های پیشرفته، اطلاعات مفیدی از لایه‌های عمیق مغز فراهم کند.
مقدمه ای بر پیشرفت در تصویربرداری مغز
علوم اعصاب و فناوری‌های تصویربرداری مغزی در سال‌های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته‌اند. اما همچنان فاصله‌ی زیادی بین دستگاه‌های ارزان و قابل حمل مانند EEG و ابزارهای پیشرفته‌ای چون fMRI وجود دارد. روش‌های جدیدی مانند تصویربرداری نوری می‌توانند این فاصله را پر کنند و انقلابی در تشخیص، پایش و درمان بیماری‌های مغزی ایجاد نمایند.
تصویربرداری از مغز بدون نیاز به جراحی یا تجهیزات حجیم، رویکردی است که بسیاری از محققان در سراسر جهان به دنبال آن هستند. پژوهش اخیر محققان دانشگاه گلاسگو، گام بزرگی در این مسیر محسوب می‌شود.
روش نوین عبور نور از سر؛ ترکیب دقت و ایمنی
در این روش نوآورانه، نور از یک طرف سر تابیده شده و با گذر از ساختارهای پیچیده جمجمه، از سمت دیگر جمع‌آوری می‌شود. این فرآیند به کمک فناوری fNIRS و تنظیمات خاص نوری و سخت‌افزاری امکان‌پذیر شده است.
- برای دستیابی به این هدف، محققان چندین تغییر اساسی در سامانه‌ی تصویربرداری اعمال کردند:
- افزایش توان لیزر فروسرخ نزدیک در محدوده‌ی ایمن
- به‌کارگیری سامانه‌ی پیشرفته‌تر برای جمع‌آوری فوتون‌های عبوری
- طراحی مدل‌های کامپیوتری سه‌بعدی دقیق از جمجمه برای شبیه‌سازی حرکت نور
نتیجه‌ی اولیه نشان داد که هرچند تنها مقدار اندکی از نور می‌تواند از سر عبور کند، اما این دستاورد یک نقطه‌ی شروع مهم برای توسعه‌ی ابزارهای قابل حمل و کم‌هزینه‌ی تصویربرداری عمیق از مغز است.
محدودیت های اولیه؛ آغاز راهی طولانی اما امیدبخش
مانند هر فناوری نوظهور، این روش نیز در مراحل اولیه با محدودیت‌هایی همراه است. فقط در یکی از شرکت‌کنندگان، آن هم فردی با پوست روشن و بدون مو، عبور نور به‌طور موفق ثبت شد.
این روش نیازمند:
- شرایط فیزیکی خاص (مانند نداشتن مو روی سر)
- تنظیمات دقیق اپتیکی
- زمان اسکن نسبتاً طولانی (حدود ۳۰ دقیقه)
با وجود این محدودیت‌ها، پژوهشگران توانستند نشان دهند که عبور نور از جمجمه انسان امکان‌پذیر است و این خود نقطه‌ی عطفی در توسعه‌ی روش‌های غیرتهاجمی تصویربرداری محسوب می‌شود.
مسیر حرکت نور؛ نه تصادفی، بلکه هدفمند
یکی از یافته‌های مهم پژوهش این بود که فوتون‌ها هنگام عبور از سر، مسیرهایی خاص را دنبال می‌کنند. این مسیرها اغلب از نواحی شفاف‌تر مانند بخش‌های پر از مایع مغزی نخاعی عبور می‌کنند.
بر اساس شبیه‌سازی‌های دقیق رایانه‌ای و داده‌های تجربی:
- فوتون‌ها به صورت تصادفی در جمجمه پراکنده نمی‌شوند.
- نور ترجیحاً از مسیرهایی عبور می‌کند که مقاومت کمتری دارند.
- دانستن این مسیرها به بهینه‌سازی محل قرارگیری منابع نوری در اسکن‌های آینده کمک می‌کند.
این کشف به دانشمندان امکان میدهد که در آینده اسکن‌هایی دقیق‌تر با هدف‌گیری نواحی عمیق‌تر مغز داشته باشند، بدون آنکه به روش‌های تهاجمی نیاز باشد.
جایگاه روش جدید در آینده تصویربرداری مغز
با ترکیب فناوری fNIRS و تنظیمات بهبود یافته، می‌توان در آینده دستگاه‌هایی توسعه داد که هم قابل حمل و ارزان باشند و هم توانایی مشاهده‌ی لایه‌های عمقی‌تر مغز را داشته باشند. این مسئله به‌ویژه برای بررسی سکته مغزی، آسیب‌های تروماتیک مغز و تومورها بسیار حیاتی خواهد بود.
از جمله مزایای بالقوه این روش عبارت‌اند از:
- هزینه‌ی پایین‌تر نسبت به fMRI
- حمل‌پذیری بالا
- عدم نیاز به محیط‌های بیمارستانی خاص
- ایمن بودن برای گروه‌های حساس مانند کودکان یا سالمندان
پلی بین فناوری های ساده و پیشرفته
این روش نوری می‌تواند واسطه‌ای میان EEG و fMRI باشد؛ یعنی از یک سو دقت بیشتری از EEG داشته باشد و از سوی دیگر، سبک‌تر، ارزان‌تر و در دسترس‌تر از fMRI باشد.
تصویربرداری نوری از مغز، در صورت توسعه‌ی موفق، می‌تواند ویژگی‌های زیر را به‌طور همزمان در اختیار پزشکان قرار دهد:
- ثبت دقیق فعالیت مغزی در عمق
- تصویربرداری ایمن و غیرتهاجمی
- قابلیت استفاده در موقعیت‌های بالینی و تحقیقاتی متعدد
- فراهم‌سازی داده‌هایی ارزشمند از رشد مغز در کودکی و تغییرات آن در سالمندی
نتیجه گیری
گرچه این روش هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد، اما پژوهش‌های انجام‌شده نوید روزی را می‌دهند که بتوان با تجهیزاتی قابل حمل، بدون نیاز به جراحی یا اسکن‌های پیچیده، به اطلاعات دقیقی از فعالیت‌های مغز انسان دست یافت.
در دنیایی که شناخت مغز برای درمان بیماری‌ها، بهبود عملکرد شناختی و افزایش کیفیت زندگی حیاتی است، روش‌هایی مانند تصویربرداری نوری عمیق می‌توانند انقلابی در مراقبت‌های پزشکی ایجاد کنند. پژوهش‌های آینده با بهینه‌سازی این فناوری، آن را به ابزاری کارآمد، مقرون به صرفه و در دسترس برای عموم تبدیل خواهند کرد.
