زاد التصوير العصبي من فهمنا لوظائف الدماغ. غالبًا ما تتضمن هذه التقنيات قياس الاختلافات في تدفق الدم للكشف عن تنشيط الدماغ ، واستغلال التفاعل الأساسي بين الأوعية الدموية في الدماغ وأنشطة الخلايا العصبية. ترتبط أي تغييرات في ما يسمى بالاقتران الوعائي العصبي ارتباطًا وثيقًا بخلل وظيفي في المخ. إن القدرة على تصوير دوران الأوعية الدقيقة في الدماغ مهمة بشكل خاص ، لأن الأمراض التنكسية العصبية مثل الخرف والزهايمر تنطوي على خلل في الأوعية الدماغية الصغيرة.
الباحثون في معهد الفيزياء للطب بباريس (جامعة Inserm / ESPCI PSL / CNRS) طوروا الآن طريقة تسمى الفحص المجهري الوظيفي بالموجات فوق الصوتية (fULM) التي يمكنها التقاط النشاط الدماغي بمقياس ميكرون. نشر الفريق أول صور للدماغ بالكامل بمقياس ميكرون لنشاط الأوعية الدموية لدى القوارض في طرق الطبيعة، إلى جانب شرح مفصل لإجراءات الحصول على الصور وتحليلها.
على عكس المقاربات الكهربية أو البصرية الغازية لدراسة وظائف الدماغ على النطاق المجهري ، يمكن أن يكون الفحص المجهري بالموجات فوق الصوتية (ULM) غير جراحي. تتعقب تقنية التصوير الفقاعات الدقيقة ذات الحجم الميكروني المتوافقة حيوياً والتي يتم حقنها في الدورة الدموية ، ومن خلال تجميع مسارات ملايين الفقاعات الدقيقة ، يمكن للصور المعاد بناؤها أن تكشف عن تغييرات طفيفة في حجم الدم الدماغي بدقة بحجم الميكرون ، عبر مجالات رؤية كبيرة.
استخدم الباحثون سابقًا ULM للكشف عن تشريح الأوعية الدموية الدقيقة على مستوى الدماغ بالكامل في القوارض والبشر. الدقة المكانية لـ ULM أفضل بـ 16 ضعفًا من تلك التي تم تحقيقها من خلال التصوير الوظيفي بالموجات فوق الصوتية. ولكن نظرًا لبطء عملية الاستحواذ ، يمكن لـ ULM فقط إنتاج خرائط ثابتة لتدفق الدم الناجم عن نشاط الخلايا العصبية.
تقنية فولم تتغلب على هذا القيد. بالإضافة إلى تصوير الأوعية الدموية الدقيقة في الدماغ ، تكتشف هذه التقنية تنشيط الدماغ المحلي عن طريق حساب عدد وسرعة الفقاعات الدقيقة التي تمر في كل وعاء. عندما تنشط منطقة من الدماغ ، يتسبب الاقتران الوعائي العصبي في زيادة حجم الدم محليًا ، مما يؤدي إلى توسيع الأوعية والسماح بمرور المزيد من الفقاعات الدقيقة. يوفر fULM تقديرات محلية للمعلمات المتعددة التي تميز ديناميكيات الأوعية الدموية ، بما في ذلك تدفق الفقاعات الدقيقة والسرعة وأقطار الوعاء.
وفقا للمحقق الرئيسي ميكائيل تانتر وزملاؤه ، فإن دمج fULM في ماسح بالموجات فوق الصوتية فعال من حيث التكلفة وسهل الاستخدام يوفر "نظرة كمية على شبكة الأوعية الدقيقة للدماغ وتغيراتها الديناميكية الدموية من خلال الجمع بين المدى المكاني على مستوى الدماغ مع دقة مجهرية ودقة زمنية 1 ثانية متوافق مع التصوير الوظيفي العصبي ".
في الجسم الحي دراسات
لإثبات مفهوم fULM ، قام الباحثون أولاً بتصوير فئران المختبر باستخدام الموجات فوق الصوتية الوظيفية (بدون تباين) ، تليها ULM في نفس مستوى التصوير. قاموا بدمج التحفيز الحسي (انحرافات الشعيرات أو التحفيز البصري) في الفئران المخدرة مع الحقن المستمر للفقاعات الدقيقة. بالنسبة لـ ULM ، تلقت الفئران حقنة بطيئة مستمرة من الفقاعات الدقيقة خلال جلسة تصوير مدتها 20 دقيقة ، مما أدى إلى ما يقرب من 30 فقاعات صغيرة لكل إطار بالموجات فوق الصوتية.
أثناء معالجة ULM ، حفظ الباحثون كل مسار مع كل موضع فقاعات دقيقة وموضعه الزمني. قاموا ببناء صور ULM عن طريق تحديد حجم البكسل وفرز كل microbubble داخل كل بكسل. تم استخدام وحدات البكسل التي تحتوي على ما لا يقل عن خمسة عمليات اكتشاف مختلفة للفقاعات الدقيقة أثناء وقت الاكتساب الإجمالي للتحليلات.
سمحت هذه التقنية للباحثين برسم خريطة لفرط الدم الوظيفي (زيادة الدم في الأوعية) في كل من المناطق القشرية وتحت القشرية بدقة 6.5 ميكرومتر. قاموا بقياس الاستجابات الديناميكية الدموية الزمنية أثناء تحفيز الشارب لأربعة فئران وأثناء التحفيز البصري لثلاثة فئران ، عن طريق قياس تدفق الفقاعات الدقيقة وسرعتها.
قام الفريق بتحديد مدى تورط الأوعية الدموية أثناء احتقان الدم الوظيفي. لاحظوا زيادات في تعداد الفقاعات الدقيقة وسرعتها وقطرها للشريان الوريدي التمثيلي (الشرايين / الأوردة الصغيرة جدًا المؤدية إلى / خارج الشعيرات الدموية) ، مع ملاحظة أن الحيوانات الضابطة لم تظهر أي تغييرات. كما قاموا بإدخال "نضح" و "مؤشر منطقة الصرف" لتحديد المزيد من مشاركة كل وعاء دموي على حدة. زادت هذه بنسبة 28٪ و 54٪ أثناء تحفيز الشرايين والوريد على التوالي.
نظرًا لاتساع مجال الرؤية ، يمكن للباحثين إجراء تحليلات كمية في وقت واحد لكل وعاء عبر صورة شريحة دماغ الفئران بأكملها ، حتى في الهياكل العميقة مثل المهاد لتحفيز الشعيرات والتركيبات المتفوقة للتحفيز البصري.
كتب المؤلفون: "إن الدقة الزمانية المكانية التي تم تحقيقها تمكن FULM من تصوير الأجزاء الوعائية المختلفة في الدماغ بأكمله والتمييز بين مساهمات كل منها ، لا سيما في الشرايين قبل الشعيرية المعروف أنها تساهم بشكل كبير في تغيرات الأوعية الدموية أثناء الأنشطة العصبية".
ترسم الموجات فوق الصوتية فائقة السرعة الأوعية الدموية الدقيقة في أعماق الدماغ البشري
يضيفون: "يظهر فولم أن الزيادة النسبية في تدفق الفقاعات الدقيقة أكبر في الأوعية داخل متني وليس في الشرايين. يؤكد fULM أيضًا الخصائص المعتمدة على العمق لتدفق الدم والسرعة في اختراق الشرايين عند خط الأساس ، ويسلط الضوء على الاختلاف المعتمد على العمق في سرعة الدم أثناء التنشيط. كما أنه يحدد الزيادات الكبيرة في تدفق الفقاعات الدقيقة وسرعة الدم وقطر الأوردة أثناء التنشيط ".
كأداة بحثية جديدة للتصوير ، توفر fULM طريقة لتتبع التغيرات الديناميكية أثناء تنشيط الدماغ وستقدم نظرة ثاقبة لدارات الدماغ العصبية. سيساعد في دراسة التوصيلية الوظيفية ، والنشاط القشري الخاص بالطبقة و / أو تعديلات اقتران الأوعية الدموية العصبية على نطاق الدماغ.
يلاحظ تانتر أن الباحثين في معهد الفيزياء للطب يتعاونون مع شركة التكنولوجيا الطبية ومقرها باريس ايكونيوس، لإتاحة هذه التقنية لمجتمع علم الأعصاب وللتصوير السريري بسرعة كبيرة.
