הדמיית עצב הגדילה את ההבנה שלנו לגבי תפקוד המוח. טכניקות כאלה כוללות לעתים קרובות מדידת וריאציות בזרימת הדם כדי לזהות הפעלת מוח, תוך ניצול האינטראקציה הבסיסית בין הפעילות כלי הדם והפעילות העצבית של המוח. כל שינוי במה שנקרא צימוד נוירווסקולרי זה קשור מאוד לחוסר תפקוד מוחי. היכולת לדמיין מיקרו-סירקולציה מוחי חשובה במיוחד, שכן מחלות נוירודגנרטיביות כגון דמנציה ואלצהיימר כרוכות בתפקוד לקוי של כלי המוח הקטנים.
חוקרים ב המכון לפיזיקה לרפואה פריז (Inserm/ESPCI PSL University/CNRS) פיתחו כעת שיטה הנקראת מיקרוסקופיה פונקציונלית אולטרסאונד לוקליזציה (fULM) שיכולה ללכוד פעילות מוחית בקנה מידה מיקרוני. הצוות פרסם את התמונות הראשונות בקנה מידה מיקרוני, במוח שלם של פעילות כלי דם של מכרסמים שיטות טבע, יחד עם הסבר מפורט על הליכי רכישת וניתוח התמונות של fULM.
בניגוד לגישות אלקטרופיזיולוגיות או אופטיות פולשניות לחקר תפקוד המוח בקנה מידה מיקרוסקופי, מיקרוסקופ לוקליזציה אולטרסאונד (ULM) יכולה להיות לא פולשנית. טכנולוגיית ההדמיה עוקבת אחר בועות מיקרון תואמות ביולוגיות בגודל מיקרון המוזרקות למחזור הדם ועל ידי צבירת המסלולים של מיליוני בועות מיקרוניות, תמונות משוחזרות יכולות לחשוף שינויים עדינים בנפח הדם המוחי בדיוק בגודל מיקרון, על פני שדות ראייה גדולים.
חוקרים השתמשו בעבר ב-ULM כדי לחשוף אנטומיה מיקרו-וסקולרית בקנה מידה של כל המוח במכרסמים ובני אדם. הרזולוציה המרחבית של ULM טובה פי 16 מזו המושגת עם הדמיית אולטרסאונד פונקציונלית. אבל מכיוון שתהליך הרכישה איטי, ULM יכול לייצר רק מפות סטטיות של זרימת הדם הנגרמת על ידי הפעילות הנוירונית.
טכניקת fULM מתגברת על מגבלה זו. בנוסף להדמיית המיקרו-וסקולטורה במוח, הטכניקה מזהה הפעלה מוחית מקומית על ידי חישוב המספר והמהירות של המיקרו-בועות העוברות בכל כלי. כאשר אזור מוחי מופעל, צימוד נוירווסקולרי גורם לנפח הדם לעלות באופן מקומי, להרחיב את כלי הדם ולאפשר לעוד בועות מיקרוסופט לעבור. fULM מספקת הערכות מקומיות של פרמטרים מרובים המאפיינים דינמיקה של כלי דם כאלה, כולל זרימת בועות מיקרו, מהירות וקטרי כלי דם.
לדברי החוקר הראשי מיקל טנטר ועמיתיו, שילוב של FULM בסורק אולטרסאונד חסכוני וקל לשימוש מספק "מבט כמותי על הרשת המיקרו-מחזורית המוחית והשינויים ההמודינמיים שלה על ידי שילוב של מרחב מרחבי מוחי עם רזולוציה מיקרוסקופית ורזולוציה זמנית של 1 שניה תואם להדמיה נוירו-תפקודית".
In vivo מחקרים
כדי להדגים את מושג ה-fULM, החוקרים צילמו לראשונה חולדות מעבדה עם אולטרסאונד פונקציונלי (ללא ניגודיות), ואחריהן ULM באותו מישור הדמיה. הם שילבו גירויים תחושתיים (סטיות שפם או גירוי חזותי) בחולדות מורדמות עם הזרקת מיקרו-בועות מתמשכת. עבור ULM, החולדות קיבלו הזרקה איטית רציפה של מיקרו-בועות במהלך בדיקת הדמיה של 20 דקות, מה שהוביל לכ-30 מיקרו-בועות לכל מסגרת אולטרסאונד.
במהלך עיבוד ULM, החוקרים שמרו כל רצועה עם כל מיקום של בועות מיקרו ומיקום הזמן שלה. הם בנו תמונות ULM על ידי בחירת גודל פיקסל ומיון כל מיקרו בועה בתוך כל פיקסל. רק פיקסלים עם לפחות חמישה זיהויים שונים של מיקרובועות במהלך זמן הרכישה הכולל שימשו לניתוחים.
הטכניקה אפשרה לחוקרים למפות היפרמיה תפקודית (עלייה בדם בכלי הדם) הן באזורי קליפת המוח והן באזורים תת-קורטיקליים ברזולוציה של 6.5 מיקרומטר. הם כימתו את התגובות ההמודינמיות הזמניות במהלך גירויי שפם עבור ארבע חולדות ובמהלך גירויים חזותיים עבור שלוש חולדות, על ידי מדידת השטף והמהירות של הבועות.
הצוות כימת את המעורבות של כלי דם במהלך היפרמיה תפקודית. הם הבחינו בעלייה בספירת הבועות, המהירות והקוטר של עורק ווריד מייצגים (עורקים/ורידים קטנים מאוד המובילים אל/יוצאים מהנימים), וציינו שחיות הביקורת לא הראו שינויים כלשהם. הם גם הציגו "זלוף" ו"אינדקס אזור הניקוז" כדי לכמת עוד יותר את המעורבות של כל כלי דם בודדים. אלה עלו ב-28% וב-54% במהלך גירוי של העורק והווריד, בהתאמה.
בשל שדה הראייה הגדול, החוקרים יכלו לבצע ניתוחים כמותיים בו-זמנית עבור כל כלי על פני כל תמונת פרוסת מוח החולדה, אפילו במבנים עמוקים כמו התלמוס עבור גירויי שפם וקוליקלוס מעולה עבור גירויים חזותיים.
"הרזולוציה המרחבית-זמנית שהושגה מאפשרת ל-FULM לצלם תאים שונים בכלי הדם במוח ולהבחין בתרומות שלהם, במיוחד בעורקים הקדם-נימיים הידועים כבעלי תרומה מרכזית לשינויים בכלי הדם במהלך פעילות עצבית", כותבים המחברים.
אולטרסאונד מהיר ממפה כלי דם זעירים בעומק המוח האנושי
הם מוסיפים: "fULM מראה שהעלייה היחסית בזרימת המיקרובועות גדולה יותר בכלים תוך פרנכימליים ולא בעורקים. fULM גם מאשרת מאפיינים תלויי עומק עבור זרימת דם ומהירות בעורקים חודרים בקו הבסיס, ומדגישה וריאציה תלוית עומק במהירות הדם במהלך ההפעלה. זה גם מכמת עליות גדולות של שטף מיקרו-בועות, מהירות הדם וקוטר הוורידים במהלך ההפעלה."
ככלי מחקר הדמיה חדש, fULM מספק דרך לעקוב אחר שינויים דינמיים במהלך הפעלת המוח ותציע תובנות לגבי מעגלי מוח עצביים. זה יסייע במחקר של קישוריות תפקודית, פעילות קליפת המוח ספציפית לשכבה ו/או שינויים בצימוד נוירווסקולרי בקנה מידה רחב של המוח.
טנטר מציין כי חוקרים במכון לפיזיקה לרפואה משתפים פעולה עם חברת הטכנולוגיה הרפואית הפריזאית. איקונאוס, כדי להפוך את הטכנולוגיה הזו לזמינה עבור קהילת מדעי המוח ולהדמיה קלינית במהירות רבה.
