تصویربرداری عصبی درک ما از عملکرد مغز را افزایش داده است. چنین تکنیک‌هایی اغلب شامل اندازه‌گیری تغییرات جریان خون برای تشخیص فعال‌سازی مغز، بهره‌برداری از تعامل اساسی بین فعالیت‌های عروقی و عصبی مغز است. هر گونه تغییر در این به اصطلاح جفت عصبی عروقی به شدت با اختلال عملکرد مغز مرتبط است. توانایی تصویربرداری از میکروسیرکولاسیون مغزی بسیار مهم است، زیرا بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند زوال عقل و آلزایمر شامل اختلال در عملکرد عروق کوچک مغز می‌شوند.
محققان در موسسه فیزیک پزشکی پاریس (دانشگاه Inserm/ESPCI PSL/CNRS) اکنون روشی به نام میکروسکوپ محلی سازی اولتراسوند عملکردی (fULM) ایجاد کرده اند که می تواند فعالیت مغزی را در مقیاس میکرونی ثبت کند. این تیم اولین تصاویر در مقیاس میکرون و تمام مغز از فعالیت عروق جوندگان را در این کشور منتشر کرد روش های طبیعت، همراه با توضیح مفصل در مورد روش های جمع آوری و تجزیه و تحلیل تصویر FULM.
برخلاف رویکردهای تهاجمی الکتروفیزیولوژیکی یا نوری برای مطالعه عملکرد مغز در مقیاس میکروسکوپی، میکروسکوپ محلی سازی اولتراسوند (ULM) می تواند غیر تهاجمی باشد. فناوری تصویربرداری میکروحباب‌های زیست سازگار با اندازه میکرون تزریق شده به گردش خون را ردیابی می‌کند و با جمع‌آوری رد پای میلیون‌ها ریزحباب، تصاویر بازسازی‌شده می‌توانند تغییرات ظریف در حجم خون مغز را با دقت اندازه میکرون در میدان‌های دید بزرگ نشان دهند.
محققان قبلا از ULM برای نشان دادن آناتومی ریز عروقی در مقیاس کل مغز در جوندگان و انسان ها استفاده کرده بودند. وضوح فضایی ULM 16 برابر بهتر از وضوح تصویربرداری اولتراسوند عملکردی است. اما از آنجایی که فرآیند اکتساب کند است، ULM تنها می‌تواند نقشه‌های ثابت جریان خون ناشی از فعالیت عصبی تولید کند.
تکنیک FULM بر این محدودیت غلبه می کند. علاوه بر تصویربرداری از ریز عروق مغز، این تکنیک با محاسبه تعداد و سرعت میکروحباب‌هایی که در هر رگ عبور می‌کنند، فعال‌سازی موضعی مغز را تشخیص می‌دهد. هنگامی که یک ناحیه مغز فعال می شود، جفت شدن عصبی عروقی باعث می شود که حجم خون به صورت موضعی افزایش یابد، رگ ها گشاد شده و اجازه عبور میکروحباب های بیشتری را می دهد. fULM تخمین های محلی پارامترهای متعددی را ارائه می دهد که چنین پویایی عروقی را مشخص می کند، از جمله جریان میکرو حباب، سرعت و قطر رگ.
به گفته بازپرس اصلی میکائیل تانتر و همکارانش، ادغام fULM در یک اسکنر اولتراسوند مقرون به صرفه و با استفاده آسان، نگاهی کمی به شبکه میکروسیرکولاتور مغزی و تغییرات همودینامیک آن با ترکیب گستره فضایی مغز با وضوح میکروسکوپی و وضوح زمانی 1 ثانیه ارائه می‌کند. سازگار با تصویربرداری عصبی.
در in vivo مطالعات
برای نشان دادن مفهوم fULM، محققان ابتدا موش‌های آزمایشگاهی را با سونوگرافی کاربردی (بدون کنتراست) و سپس ULM در همان صفحه تصویربرداری تصویربرداری کردند. آنها تحریکات حسی (انحراف سبیل یا تحریک بینایی) را در موش های بیهوش با تزریق مداوم میکروحباب ترکیب کردند. برای ULM، موش‌ها طی یک جلسه تصویربرداری 20 دقیقه‌ای، تزریق آهسته میکروحباب‌ها را دریافت کردند که منجر به تقریباً 30 میکروحباب در هر فریم اولتراسوند شد.
در طول پردازش ULM، محققان هر مسیر را با هر موقعیت ریزحباب و موقعیت زمانی مربوطه ذخیره کردند. آنها تصاویر ULM را با انتخاب اندازه پیکسل و مرتب کردن هر میکرو حباب در هر پیکسل ساختند. تنها پیکسل‌هایی با حداقل پنج تشخیص ریزحباب مختلف در طول کل زمان اکتساب برای تجزیه و تحلیل استفاده شدند.
این روش به محققان اجازه داد تا پرخونی عملکردی (افزایش خون در عروق) را در هر دو ناحیه قشر و زیر قشری با وضوح 6.5 میکرومتر ترسیم کنند. آنها با اندازه‌گیری شار و سرعت حباب‌های کوچک، پاسخ‌های همودینامیک زمانی را در طول تحریک‌های سبیل برای چهار موش و در طول تحریک‌های بینایی برای سه موش اندازه‌گیری کردند.
این تیم میزان درگیری عروق خونی را در طول پرخونی عملکردی تعیین کرد. آنها افزایش در تعداد، سرعت و قطر میکرو حباب‌ها را برای یک سرخرگ و ونول (شریان‌ها/وریدهای بسیار کوچکی که به داخل/خارج مویرگ‌ها منتهی می‌شوند) مشاهده کردند، و خاطرنشان کردند که حیوانات کنترل هیچ تغییری را نشان ندادند. آنها همچنین یک "پرفیوژن" و "شاخص منطقه زهکشی" را برای تعیین کمیت بیشتر درگیری هر رگ خونی معرفی کردند. این میزان در طی تحریک شریان و ونول به ترتیب 28% و 54% افزایش یافت.
با توجه به میدان دید وسیع، محققان می‌توانند به طور همزمان برای هر رگ در سراسر تصویر برش مغز موش، تجزیه و تحلیل‌های کمی انجام دهند، حتی در ساختارهای عمیق مانند تالاموس برای تحریک سبیل و کولیکولوس برتر برای تحریکات بصری.
نویسندگان می نویسند: «رزولوشن فضایی-زمانی به دست آمده FULM را قادر می سازد تا از محفظه های عروقی مختلف در کل مغز تصویربرداری کند و سهم مربوط به آنها را به ویژه در شریان های پیش مویرگی که نقش عمده ای در تغییرات عروقی در طول فعالیت های عصبی دارند، تشخیص دهد.
سونوگرافی فوق سریع رگ های خونی ریز در عمق مغز انسان را ترسیم می کند
آنها می افزایند: «fULM نشان می دهد که افزایش نسبی در جریان میکروحباب در عروق داخل پارانشیمی بیشتر از شریان ها است. fULM همچنین ویژگی‌های وابسته به عمق جریان خون و سرعت در شریان‌های نفوذی را در ابتدا تأیید می‌کند و تغییرات وابسته به عمق در سرعت خون را در طول فعال‌سازی برجسته می‌کند. همچنین افزایش شار میکروحباب، سرعت خون و قطر وریدها را در طول فعال‌سازی کمیت می‌دهد.
به عنوان یک ابزار تحقیق تصویربرداری جدید، FULM راهی برای ردیابی تغییرات پویا در طول فعال سازی مغز ارائه می دهد و بینش هایی را در مورد مدارهای عصبی مغز ارائه می دهد. این به مطالعه اتصال عملکردی، فعالیت قشر خاص لایه و یا تغییرات جفت عصبی عروقی در مقیاس گسترده مغز کمک می کند.
تانتر خاطرنشان می کند که محققان موسسه فیزیک پزشکی با شرکت فناوری پزشکی مستقر در پاریس همکاری می کنند. آیکونئوس، این فناوری را برای جامعه علوم اعصاب و برای تصویربرداری بالینی بسیار سریع در دسترس قرار دهد.
