न्यूरोइमेजिंग ने मस्तिष्क के कार्य के बारे में हमारी समझ को बढ़ा दिया है। इस तरह की तकनीकों में अक्सर मस्तिष्क की सक्रियता का पता लगाने के लिए रक्त प्रवाह विविधताओं को मापना शामिल होता है, जो मस्तिष्क की संवहनी और न्यूरोनल गतिविधियों के बीच मूलभूत संपर्क का शोषण करता है। इस तथाकथित न्यूरोवस्कुलर कपलिंग में कोई भी बदलाव सेरेब्रल डिसफंक्शन से दृढ़ता से जुड़ा हुआ है। सेरेब्रल माइक्रोकिरकुलेशन की छवि बनाने की क्षमता विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि मनोभ्रंश और अल्जाइमर जैसे न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों में छोटे मस्तिष्क वाहिकाओं की शिथिलता शामिल है।
पर शोधकर्ताओं इंस्टिट्यूट फिजिक्स फॉर मेडिसिन पेरिस (इंसर्म/ईएसपीसीआई पीएसएल यूनिवर्सिटी/सीएनआरएस) ने अब कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड स्थानीयकरण माइक्रोस्कोपी (एफयूएलएम) नामक एक विधि विकसित की है जो माइक्रोन पैमाने पर मस्तिष्क गतिविधि को पकड़ सकती है। टीम ने कृंतक संवहनी गतिविधि की पहली माइक्रोन-स्केल, पूरे मस्तिष्क की छवियां प्रकाशित कीं प्रकृति के तरीके, fULM छवि अधिग्रहण और विश्लेषण प्रक्रियाओं की विस्तृत व्याख्या के साथ।
सूक्ष्म पैमाने पर मस्तिष्क समारोह का अध्ययन करने के लिए आक्रामक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल या ऑप्टिकल दृष्टिकोण के विपरीत, अल्ट्रासाउंड स्थानीयकरण माइक्रोस्कोपी (यूएलएम) गैर-आक्रामक हो सकता है। इमेजिंग तकनीक रक्त परिसंचरण में इंजेक्ट किए गए बायोकंपैटिबल माइक्रोन-आकार के माइक्रोबबल्स को ट्रैक करती है और लाखों माइक्रोबबल्स के ट्रैक को जमा करके, पुनर्निर्मित छवियां माइक्रोन-आकार की सटीकता के साथ मस्तिष्क के रक्त की मात्रा में सूक्ष्म परिवर्तनों को बड़े क्षेत्रों के दृश्य में प्रकट कर सकती हैं।
शोधकर्ताओं ने पहले यूएलएम का इस्तेमाल चूहों और मनुष्यों में पूरे मस्तिष्क के पैमाने पर सूक्ष्म संवहनी शरीर रचना को प्रकट करने के लिए किया है। यूएलएम का स्थानिक विभेदन कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के साथ हासिल की गई तुलना में 16 गुना बेहतर है। लेकिन क्योंकि अधिग्रहण की प्रक्रिया धीमी है, यूएलएम केवल न्यूरोनल गतिविधि से प्रेरित रक्त प्रवाह के स्थिर मानचित्र तैयार कर सकता है।
fULM तकनीक इस सीमा को पार कर जाती है। मस्तिष्क माइक्रोवैस्कुलचर की इमेजिंग के अलावा, तकनीक प्रत्येक पोत में गुजरने वाले सूक्ष्म बुलबुले की संख्या और गति की गणना करके स्थानीय मस्तिष्क सक्रियण का पता लगाती है। जब एक मस्तिष्क क्षेत्र सक्रिय होता है, तो न्यूरोवास्कुलर युग्मन रक्त की मात्रा को स्थानीय रूप से बढ़ाता है, वाहिकाओं को पतला करता है और अधिक सूक्ष्म बुलबुले को पारित करने की अनुमति देता है। fULM कई मापदंडों के स्थानीय अनुमान प्रदान करता है जो इस तरह के संवहनी गतिशीलता की विशेषता रखते हैं, जिसमें माइक्रोबबल प्रवाह, गति और पोत व्यास शामिल हैं।
प्रमुख अन्वेषक के अनुसार मिकेल टैंटर और सहकर्मी, fULM को एक लागत-कुशल, उपयोग में आसान अल्ट्रासाउंड स्कैनर में एकीकृत करते हैं, "सेरेब्रल माइक्रोकिर्युलेटरी नेटवर्क पर एक मात्रात्मक रूप प्रदान करता है और एक सूक्ष्म संकल्प के साथ एक मस्तिष्क-व्यापी स्थानिक सीमा को मिलाकर इसके हेमोडायनामिक परिवर्तन और एक 1 s अस्थायी समाधान प्रदान करता है। न्यूरोफंक्शनल इमेजिंग के साथ संगत ”।
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एफयूएलएम अवधारणा को प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड (बिना कंट्रास्ट) के साथ प्रयोगशाला चूहों की नकल की, इसके बाद उसी इमेजिंग विमान में यूएलएम का इस्तेमाल किया। उन्होंने निरंतर माइक्रोबबल इंजेक्शन के साथ संवेदनाहारी चूहों में संवेदी उत्तेजनाओं (मूंछों के विक्षेपण या दृश्य उत्तेजना) को संयुक्त किया। यूएलएम के लिए, चूहों को 20 मिनट के इमेजिंग सत्र के दौरान सूक्ष्म बुलबुले का लगातार धीमा इंजेक्शन प्राप्त हुआ, जिससे प्रति अल्ट्रासाउंड फ्रेम में लगभग 30 माइक्रोबबल्स हो गए।
यूएलएम प्रसंस्करण के दौरान, शोधकर्ताओं ने प्रत्येक ट्रैक को प्रत्येक माइक्रोबबल स्थिति और उसकी संबंधित समय स्थिति के साथ सहेजा। उन्होंने एक पिक्सेल आकार का चयन करके और प्रत्येक पिक्सेल के भीतर प्रत्येक माइक्रोबबल को छाँटकर ULM छवियों का निर्माण किया। विश्लेषण के लिए कुल अधिग्रहण समय के दौरान कम से कम पांच अलग-अलग माइक्रोबबल डिटेक्शन वाले केवल पिक्सल का उपयोग किया गया था।
तकनीक ने शोधकर्ताओं को 6.5 माइक्रोन रिज़ॉल्यूशन के साथ कॉर्टिकल और सबकोर्टिकल दोनों क्षेत्रों में कार्यात्मक हाइपरमिया (वाहिकाओं में रक्त में वृद्धि) को मैप करने की अनुमति दी। उन्होंने माइक्रोबबल फ्लक्स और वेग को मापकर, चार चूहों के लिए व्हिस्कर उत्तेजनाओं के दौरान और तीन चूहों के लिए दृश्य उत्तेजना के दौरान अस्थायी हेमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं की मात्रा निर्धारित की।
टीम ने कार्यात्मक हाइपरमिया के दौरान रक्त वाहिकाओं की भागीदारी की मात्रा निर्धारित की। उन्होंने एक प्रतिनिधि धमनी और शिरापरक (केशिकाओं में / बाहर जाने वाली बहुत छोटी धमनियों / नसों) के लिए माइक्रोबबल गिनती, गति और व्यास में वृद्धि देखी, यह देखते हुए कि नियंत्रण जानवरों ने कोई परिवर्तन नहीं दिखाया। उन्होंने प्रत्येक व्यक्तिगत रक्त वाहिका की भागीदारी को और अधिक मात्रा में निर्धारित करने के लिए एक "छिड़काव" और "जल निकासी क्षेत्र सूचकांक" भी पेश किया। ये क्रमशः धमनी और शिरापरक उत्तेजना के दौरान 28% और 54% की वृद्धि हुई।
बड़े क्षेत्र-दृश्य के कारण, शोधकर्ता पूरे चूहे के मस्तिष्क के टुकड़े की छवि में प्रत्येक पोत के लिए एक साथ मात्रात्मक विश्लेषण कर सकते हैं, यहां तक कि गहरी संरचनाओं जैसे कि व्हिस्कर उत्तेजनाओं के लिए थैलेमस और दृश्य उत्तेजना के लिए बेहतर कोलिकुलस में भी।
"प्राप्त spatiotemporal संकल्प fULM को पूरे मस्तिष्क में विभिन्न संवहनी डिब्बों की छवि बनाने और उनके संबंधित योगदानों में भेदभाव करने में सक्षम बनाता है, विशेष रूप से न्यूरोनल गतिविधियों के दौरान संवहनी परिवर्तनों में एक प्रमुख योगदान के लिए जाने जाने वाले प्रीकेपिलरी आर्टेरियोल्स में," लेखक लिखते हैं।
अल्ट्राफास्ट अल्ट्रासाउंड मानव मस्तिष्क में गहरे रक्त वाहिकाओं को मैप करता है
वे कहते हैं: "एफयूएलएम से पता चलता है कि माइक्रोबबल प्रवाह में सापेक्ष वृद्धि धमनी के बजाय इंट्रा-पैरेन्काइमल वाहिकाओं में अधिक होती है। fULM रक्त प्रवाह के लिए गहराई पर निर्भर विशेषताओं की भी पुष्टि करता है और बेसलाइन पर धमनियों को भेदने में गति करता है, और सक्रियण के दौरान रक्त की गति में गहराई पर निर्भर भिन्नता पर प्रकाश डालता है। यह सक्रियण के दौरान माइक्रोबबल फ्लक्स, रक्त की गति और वेन्यूल्स में व्यास की बड़ी वृद्धि को भी मापता है।"
एक नए इमेजिंग अनुसंधान उपकरण के रूप में, fULM मस्तिष्क सक्रियण के दौरान गतिशील परिवर्तनों को ट्रैक करने का एक तरीका प्रदान करता है और तंत्रिका मस्तिष्क सर्किट में अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा। यह मस्तिष्क-व्यापक पैमाने पर कार्यात्मक कनेक्टिविटी, परत-विशिष्ट कॉर्टिकल गतिविधि और या न्यूरोवास्कुलर युग्मन परिवर्तनों के अध्ययन में सहायता करेगा।
टैंटर ने नोट किया कि इंस्टीट्यूट फिजिक्स फॉर मेडिसिन के शोधकर्ता पेरिस स्थित चिकित्सा प्रौद्योगिकी कंपनी के साथ सहयोग कर रहे हैं आइकोनस, इस तकनीक को तंत्रिका विज्ञान समुदाय के लिए और नैदानिक इमेजिंग के लिए बहुत तेजी से उपलब्ध कराने के लिए।
