Учёные впервые использовали ультразвуковые волны, чтобы заглянуть внутрь мозга человека. Мозговая активность мужчины была записана, когда он выполнял задания вне медицинского учреждения, в том числе играл в видеоигру.
Чтобы добиться этого, исследователи имплантировали в череп мужчины материал, который позволял ультразвуковым волнам проникать в его мозг.
После того как они прошли через это «акустически прозрачное» окно, эти волны отражались от границ между тканями. Некоторые отражённые волны затем возвращались к ультразвуковому датчику, который был подключён к сканеру. Полученные данные позволили учёным создать изображение происходящего в мозге мужчины, подобно тому как ультразвуковое сканирование может визуализировать плод в утробе матери.
Команда отслеживала изменения объёма крови в мозге с течением времени, уделяя особое внимание областям мозга, называемым задней теменной корой и моторной корой. Обе эти области помогают координировать движение.
Оценка изменений объёма крови — один из способов косвенного отслеживания активности клеток головного мозга. Всё потому, что когда нейроны более активны, им требуется больше кислорода и питательных веществ, которые доставляются кровеносными сосудами.
Новое исследование основано на предыдущих исследованиях на приматах. Работая теперь с человеком, учёные смогли использовать ультразвуковое изображение для мониторинга точной нейральной активности, происходящей в мозге человека во время выполнения различных задач, таких как игра в простую видеоигру «соедини точки» и игра на гитаре. Команда описала свои результаты в статье, опубликованной 29 мая в журнале Science Translational Medicine.
«Точно так же, как это было с нечеловеческими приматами, данные ультразвукового сканирования пациента указывали на его намерения — двигать джойстиком, играть на гитаре — в то время как само действие уже осуществлялось», — сказал в заявлении доктор Чарльз Лиу (Charles Liu), один из соавторов и сопредседатель исследования, а также нейрохирург из Университета Южной Калифорнии.
Функциональное ультразвуковое изображение — то есть ультразвук, отслеживающий изменения объёма крови в мозге — рассматривается как многообещающая альтернатива традиционным методам изображения мозга, таким как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ). Это связано с тем, что оно считается более чувствительным к изменениям в активности мозга. Кроме того, получаемые изображения имеют более высокое разрешение, и для проведения метода пациентам не требуется долгое время лежать неподвижно в машине.
Теоретически, таким образом можно отслеживать активность мозга пациентов в реальных условиях. Это в настоящее время возможно с помощью амбулаторной электроэнцефалографии (ЭЭГ), но ЭЭГ отслеживает электрическую активность, а не кровоток, и делает это через кожу головы и череп, поэтому её точность не идеальна.
Аналогично, человеческий череп исторически был барьером для ультразвуковых волн, препятствующим их проникновению в мозг. Поэтому в новом исследовании Лиу и его коллеги преодолели эту проблему, тестируя свой подход у пациента, у которого была удалена часть черепа. Это было сделано для снижения давления в его мозге после тяжёлой черепно-мозговой травмы (ЧМТ).
Обычно пациентам с ЧМТ, проходящим через такую процедуру, устанавливают титановую сетку или специально изготовленный имплантат для замещения отсутствующей части черепа. В данном случае команда создала акустически прозрачный имплантат. В будущем, по словам авторов исследования, новая техника может быть применена не только у пациентов с ЧМТ.
«Существует ряд вмешательств, которые требуют удаления части черепа, — сказал в заявлении Михаил Шапиро (Mikhail Shapiro), один из соавторов и профессор химической и медицинской инженерии в Калтехе. — Поэтому существует много пациентов, которые могли бы потенциально извлечь пользу от черепного имплантата, прозрачного для акустических сигналов, которые использует ультразвук.»
