Neuroimaging on suurendanud meie arusaamist ajufunktsioonist. Sellised meetodid hõlmavad sageli verevoolu variatsioonide mõõtmist, et tuvastada aju aktiveerimist, kasutades ära aju veresoonte ja neuronaalsete tegevuste vahelist põhilist koostoimet. Kõik muutused selles niinimetatud neurovaskulaarses sidestuses on tugevalt seotud aju düsfunktsiooniga. Aju mikrotsirkulatsiooni pildistamise võime on eriti oluline, kuna neurodegeneratiivsed haigused, nagu dementsus ja Alzheimeri tõbi, hõlmavad väikeste ajuveresoonte talitlushäireid.
Teadlased Pariisi meditsiinifüüsika instituut (Inserm / ESPCI PSL Ülikool / CNRS) on nüüd välja töötanud meetodi, mida nimetatakse funktsionaalseks ultraheli lokaliseerimise mikroskoopiaks (fULM), mis suudab jäädvustada ajutegevust mikronite skaalal. Meeskond avaldas esimesed mikronisuurused kogu ajupildid näriliste veresoonte aktiivsusest aastal Loodusmeetodid, koos üksikasjaliku selgitusega fULM-i kujutise hankimise ja analüüsi protseduuride kohta.
Erinevalt invasiivsetest elektrofüsioloogilistest või optilistest lähenemisviisidest ajufunktsiooni uurimiseks mikroskoopilisel skaalal võib ultraheli lokaliseerimise mikroskoopia (ULM) olla mitteinvasiivne. Pildindustehnoloogia jälgib vereringesse süstitud bioühilduvaid mikronisuurusi mikromulle ja miljonite mikromullide radasid akumuleerides võivad rekonstrueeritud kujutised avada mikronisuuruse täpsusega peeneid muutusi ajuvere mahus üle suurte vaateväljade.
Teadlased on varem kasutanud ULM-i, et paljastada näriliste ja inimeste mikrovaskulaarset anatoomiat kogu aju skaalal. ULM-i ruumiline eraldusvõime on 16 korda parem kui funktsionaalse ultrahelipildiga saavutatav. Kuid kuna omandamisprotsess on aeglane, saab ULM toota ainult neuronaalse aktiivsuse poolt indutseeritud verevoolu staatilisi kaarte.
FULM-tehnika ületab selle piirangu. Lisaks aju mikroveresoonkonna pildistamisele tuvastab tehnika lokaalse aju aktivatsiooni, arvutades igas anumas läbivate mikromullide arvu ja kiiruse. Kui ajupiirkond aktiveerub, põhjustab neurovaskulaarne sidumine vere mahu lokaalset suurenemist, laiendades veresooni ja võimaldades rohkemate mikromullide läbimist. fULM pakub kohalikke hinnanguid mitme parameetri kohta, mis iseloomustavad sellist veresoonte dünaamikat, sealhulgas mikromullide voolu, kiirust ja veresoonte läbimõõtu.
Peauurija sõnul Mikael Tanter ja kolleegid, integreerides fULM-i kulutõhusasse ja hõlpsasti kasutatavasse ultraheliskannerisse, annab „kvantitatiivse ülevaate aju mikrotsirkulatsioonivõrgust ja selle hemodünaamilistest muutustest, kombineerides ajuülese ruumilise ulatuse mikroskoopilise eraldusvõimega ja 1-sekundilise ajalise eraldusvõimega. ühildub neurofunktsionaalse pildistamisega”.
In vivo uuringud
FULM-i kontseptsiooni demonstreerimiseks pildistasid teadlased esmalt laborirotte funktsionaalse ultraheliga (ilma kontrastita), millele järgnes ULM samal pildistamistasandil. Nad kombineerisid sensoorseid stimulatsioone (vuntside kõrvalekalded või visuaalne stimulatsioon) anesteseeritud rottidel pideva mikromullide süstimisega. ULM-i puhul süstiti rottidele 20-minutilise pildiseansi jooksul pidevalt aeglast mikromullide süsti, mille tulemuseks oli ligikaudu 30 mikromulli ultrahelikaadri kohta.
ULM-i töötlemise ajal salvestasid teadlased iga raja iga mikromulli positsiooni ja vastava ajaasendiga. Nad koostasid ULM-pildid, valides piksli suuruse ja sorteerides iga mikromulli igas pikslis. Analüüsides kasutati ainult piksleid, millel oli kogu saamise aja jooksul vähemalt viis erinevat mikromullide tuvastamist.
See meetod võimaldas teadlastel kaardistada funktsionaalset hüpereemiat (vere suurenemine veresoontes) nii kortikaalsetes kui ka subkortikaalsetes piirkondades eraldusvõimega 6.5 µm. Nad kvantifitseerisid mikromullide voo ja kiiruse mõõtmise teel ajalised hemodünaamilised vastused nelja roti vurrude stimulatsiooni ajal ja kolme roti visuaalse stimulatsiooni ajal.
Meeskond kvantifitseeris veresoonte seotuse funktsionaalse hüpereemia ajal. Nad täheldasid mikromullide arvu, kiiruse ja läbimõõdu suurenemist tüüpilise arteriooli ja veeni puhul (väga väikesed arterid/veenid, mis viivad kapillaaridesse/välja), märkides, et kontrollloomadel ei ilmnenud mingeid muutusi. Nad võtsid kasutusele ka "perfusiooni" ja "drenaažipiirkonna indeksi", et kvantifitseerida veelgi iga üksiku veresoone seotust. Need suurenesid arteriooli ja veeni stimuleerimise ajal vastavalt 28% ja 54%.
Tänu suurele vaateväljale võisid teadlased teha kvantitatiivseid analüüse samaaegselt iga veresoone kohta kogu roti ajulõigu kujutise ulatuses, isegi sügavates struktuurides, nagu talamus vurrude stimuleerimiseks ja parem kolliikul visuaalseks stimulatsiooniks.
"Saavutatud spatiotemporaalne eraldusvõime võimaldab fULM-il kujutada erinevaid veresoonte sektsioone kogu ajus ja eristada nende vastavaid panuseid, eriti prekapillaarsetes arterioolides, millel on teadaolevalt suur panus vaskulaarsetesse muutustesse neuronaalse tegevuse ajal, " kirjutavad autorid.
Ultrakiire ultraheli abil kaardistatakse pisikesed veresooned sügaval inimese ajus
Nad lisavad: "fULM näitab, et mikromullide voolu suhteline suurenemine on suurem pigem intraparenhümaalsetes veresoontes kui arterioolides. fULM kinnitab ka verevoolu sügavusest sõltuvaid omadusi ja arterioolidesse tungimise kiirust algtasemel ning tõstab esile sügavusest sõltuva vere kiiruse varieeruvuse aktiveerimise ajal. See kvantifitseerib ka mikromullide voo, vere kiiruse ja läbimõõdu suurenemist veenulites aktiveerimise ajal.
Uue pildiuuringute vahendina pakub fULM võimalust jälgida dünaamilisi muutusi aju aktiveerimise ajal ja annab ülevaate närviaju ahelatest. See aitab uurida funktsionaalset ühenduvust, kihispetsiifilist kortikaalset aktiivsust ja/või neurovaskulaarsete sidemete muutusi kogu aju skaalal.
Tanter märgib, et Institute Physics for Medicine teadlased teevad koostööd Pariisis asuva meditsiinitehnoloogia ettevõttega Iconeus, et muuta see tehnoloogia neuroteaduste kogukonnale ja kliinilise pildistamise jaoks väga kiiresti kättesaadavaks.
