ابداع تکنیکی جدید برای تصویربرداری از مغز

محققان موفق شدند تکنیک تصویربرداری نور پراکنده (SLI) را ابداع کنند که یک روش مقرون به صرفه و با وضوح بالا برای نقشه‌برداری اتصالات عصبی در مغز ارائه می‌کند.

به گزارش تکناک، این تکنیک تصویربرداری از مغز که شامل تجزیه و تحلیل الگوهای پراکندگی نور در برش‌های نازک مغز است، نتایج دقیق‌تری نسبت به روش‌های موجود مانند dMRI ارائه می‌دهد و از تکنیک پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک (SAXS) قابل دسترس‌تر و سریع‌تر است.

بازبینی شبکه فیبر های عصبی پیچیده مغز با تکنیک تصویربرداری نور پراکنده (SLI) به راحتی قابل دسترسی است.محققان در دلفت، یولیچ (آلمان) و استنفورد (ایالات متحده آمریکا) با موفقیت تکنیک های پراکندگی نور و اشعه ایکس را با MRI ترکیب کردند تا مسیرهای فیبر عصبی را حتی در مناطقی با الیاف بسیار درهم تنیده تشخیص دهند. چنین نقشه برداری دقیق برای درک بهتر نحوه اتصال رشته های عصبی در داخل مغز ضروری است.

مسیرها در مغز

نواحی مختلف مغز از طریق میلیاردها رشته عصبی به یکدیگر متصل هستند. این ارتباطات برای عملکرد صحیح مغز حیاتی هستند. جست‌وجوی یک نقشه جامع از همه اتصالات عصبی به شدت به تکنیک‌های تصویربرداری بستگی دارد که می‌توانند این فیبرها را از هم جدا کنند، اکثر آنها فقط یک میکرومتر ضخامت دارند. به خصوص مناطقی با رشته های عصبی فشرده و بسیار در هم تنیده چالش برانگیز هستند. میریام منزل، استادیار دپارتمان فیزیک تصویربرداری در دانشگاه دلفت، تکنیک SLI را برای مطالعه چنین اشکال در هم تنیده فیبری توسعه داد. او میگوید: ما نور را تحت زوایای مختلف از طریق برش های نازک مغزی می تابانیم و الگوهای پراکندگی حاصل را تجزیه و تحلیل می کنیم. ما از نورون ها یا سیناپس ها عکس نمی گیریم. ما می خواهیم بدانیم آنها چگونه سیم کشی شده اند. این برای درک عملکرد و اختلال عملکرد مغز مهم است.

در دسترس تر، ارزان تر و سریع تر

پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک (SAXS) یک روش تثبیت شده در علم مواد برای بررسی چگونگی سازماندهی ساختارهای مختلف با یک سنکروترون است. در حالی که تصویربرداری تشدید مغناطیسی انتشار (dMRI) یک تکنیک مهم در کلینیک ها برای تجسم شبکه فیبر عصبی سه بعدی مغز است.

ما اکنون نشان داده‌ایم که داده‌های SLI با داده‌های SAXS و dMRI در برش‌های مغزی بررسی‌شده مطابقت دارد، اما SLI وضوح بالاتری نسبت به dMRI ارائه می‌کند و در دسترس‌تر، ارزان‌تر و سریع‌تر از تکنیک‌های دیگر است. منزل می گوید این یک نقطه عطف مهم است. ما می‌توانیم اندازه‌گیری‌های SLI را با استفاده از یک منبع نور LED ساده و دوربین تنها در چند ثانیه انجام دهیم، که نه به یک سینکروترون چند میلیونی نیاز دارد و نه به اسکنر MRI. به عنوان یک سیستم قابل حمل، می توان آن را به راحتی در آزمایشگاه های آسیب شناسی برای کمک به تحقیقات بالینی راه اندازی کرد.

وضوح میکروسکوپی

منزل در چند سال گذشته، ابتدا در یولیچ و اکنون دردلفت روی تکنیک SLI کار کرده است. او همچنین آن را در استنفورد اجرا کرد، جایی که همکارانش اندازه‌گیری‌های SAXS و dMRI را روی نمونه‌های مغزی که با SLI نیز تصویربرداری شده بودند، انجام دادند. منزل توضیح می‌دهد: بیشتر تکنیک‌های تصویربرداری برای تشخیص مسیرهای منفرد در ساختارهای متراکم مغز که حاوی بسیاری از رشته‌های عصبی درهم‌تنیده یا در هم پیچیده بودند، تلاش می‌کردند. SLI نقشه های جهت گیری فیبر را با وضوح میکروسکوپی در این مناطق متراکم ارائه کرد. به خصوص جهت گیری های فیبر دو بعدی (درون صفحه ای) با دقت بالایی تشخیص داده شد.

مراحل بعدی

منزل می گوید: بودن در دلفت فرصت های هیجان انگیزی را برای توسعه بیشتر تکنیک و کار بر روی برنامه های جدید به ارمغان می آورد. این تیم قصد دارد تکنیک SLI را برای سایر انواع فیبرها مانند فیبرهای عضلانی و کلاژن نیز به کار برد و ناحیه بافتی قابل مطالعه را بزرگتر کند. هدف، توسعه یک سیستم کوچک و قابل حمل است که به راحتی می تواند در آزمایشگاه های دیگر مستقر شود. ما امیدواریم در درازمدت بتوانیم این تکنیک را در کلینیک ها نیز به کار ببریم.