Во многих ситуациях возможность заглянуть внутрь человеческого мозга может быть крайне полезной. К сожалению, наши головы известны своей непрозрачностью, поэтому на протяжении десятилетий учёные разрабатывали способы преодолеть эту преграду и увидеть, как работает мозг. Недавнее исследование сделало в этом направлении значительный шаг — луч света впервые прошёл сквозь кости и ткани головы человека и вышел с другой стороны.
Новая методика, разработанная специалистами Университета Глазго, основывается на уже существующей технологии под названием функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS), которая измеряет, как мозг поглощает световой луч.
Эта технология используется уже несколько лет как портативный, недорогой и неинвазивный способ визуализации мозга. Однако у неё есть ограничения: глубина проникновения света невелика — обычно только до 4 сантиметров, то есть примерно 1,5 дюйма от поверхности мозга. Поэтому её возможности ограничены, и в ряде случаев всё ещё приходится прибегать к таким методам, как МРТ.
До недавнего времени считалось, что направить свет сквозь весь мозг и получить сигнал на другой стороне — невозможно. Но исследователи из Глазго сумели это сделать.
«Обнаружение фотонов, прошедших через всю голову взрослого человека, — это испытание пределов переноса фотонов в мозге, — пишут учёные в своей статье. — Мы преодолели ослабление порядка ~10¹⁸ и зафиксировали фотоны, прошедшие сквозь всю голову взрослого человека со светлой кожей и без волос.»
«Фотоны, обнаруженные в этом режиме, проходят через области мозга, которые ранее были недоступны при неинвазивной оптической визуализации.»
Мощный импульсный лазерный луч направлялся в одну сторону головы, а детектор размещался с другой стороны. Через голову прошло всего несколько фотонов, но учитывая, сколь плотные преграды им пришлось преодолеть — кожу, кости и мозговую ткань — результат впечатляет.
Отслеживая путь этих «смелых» фотонов, учёные заметили, что он почти точно совпадает с компьютерными симуляциями. Свет, как оказалось, предпочитает проходить по предсказуемым маршрутам, например через спинномозговую жидкость.
Методику протестировали на людях с разными оттенками кожи, цветом и типом волос, но зафиксировать сигнал удалось только у мужчины со светлой кожей и полностью лысой головой.
«Мы предполагаем, что светлая кожа и отсутствие волос у участника существенно снизили поглощение света, что и позволило зарегистрировать сигнал», — отмечают авторы исследования, признавая, что для стабильного применения метода на людях с иными особенностями потребуется дополнительная доработка.
Также процедура заняла около 30 минут и проводилась в полной темноте, чтобы исключить влияние внешних источников света.
Тем не менее, этот эксперимент доказывает, что в будущем такие технологии вполне могут стать реальностью.
«Это достижение может вдохновить научное сообщество пересмотреть границы возможного для следующего поколения систем fNIRS», — говорится в пресс-релизе, посвящённом прорыву.
Исследование было опубликовано в журнале Neurophotonics.
