Nörogörüntüleme, beyin fonksiyonu anlayışımızı artırdı. Bu tür teknikler genellikle beyin aktivasyonunu tespit etmek için kan akışı varyasyonlarını ölçmeyi, beynin vasküler ve nöronal aktiviteleri arasındaki temel etkileşimi kullanmayı içerir. Bu sözde nörovasküler bağlantıdaki herhangi bir değişiklik, serebral disfonksiyonla güçlü bir şekilde bağlantılıdır. Demans ve Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklar küçük beyin damarlarının işlev bozukluğunu içerdiğinden, serebral mikro dolaşımı görüntüleme yeteneği özellikle önemlidir.
Araştırmacılar Tıp Paris Enstitüsü Fizik (Inserm/ESPCI PSL Üniversitesi/CNRS) şimdi mikron ölçeğinde serebral aktiviteyi yakalayabilen fonksiyonel ultrason lokalizasyon mikroskobu (fULM) adı verilen bir yöntem geliştirdiler. Ekip, kemirgen vasküler aktivitesinin ilk mikron ölçekli, tam beyin görüntülerini yayınladı. Doğa yöntemleri, fULM görüntü elde etme ve analiz prosedürlerinin ayrıntılı bir açıklaması ile birlikte.
Beyin fonksiyonunu mikroskobik ölçekte incelemek için invaziv elektrofizyolojik veya optik yaklaşımların aksine, ultrason lokalizasyon mikroskopisi (ULM) invaziv olmayabilir. Görüntüleme teknolojisi, kan dolaşımına enjekte edilen biyouyumlu mikron-boyutlu mikro-kabarcıkları izler ve milyonlarca mikro-kabarcığın izlerini biriktirerek, yeniden yapılandırılmış görüntüler, geniş görüş alanlarında, mikron boyutunda doğrulukla serebral kan hacmindeki ince değişiklikleri ortaya çıkarabilir.
Araştırmacılar daha önce kemirgenlerde ve insanlarda tüm beyin ölçeğinde mikrovasküler anatomiyi ortaya çıkarmak için ULM'yi kullanmıştı. ULM'nin uzaysal çözünürlüğü, fonksiyonel ultrason görüntüleme ile elde edilenden 16 kat daha iyidir. Ancak edinme süreci yavaş olduğu için, ULM yalnızca nöronal aktivitenin neden olduğu statik kan akışı haritalarını üretebilir.
fULM tekniği bu sınırlamanın üstesinden gelir. Teknik, beyin mikro damar sistemini görüntülemeye ek olarak, her damardan geçen mikro kabarcıkların sayısını ve hızını hesaplayarak yerel beyin aktivasyonunu tespit eder. Bir beyin bölgesi aktive olduğunda, nörovasküler eşleşme, kan hacminin lokal olarak artmasına neden olarak damarları genişletir ve daha fazla mikro-kabarcığın geçmesine izin verir. fULM, mikro-kabarcık akışı, hız ve damar çapları dahil olmak üzere bu tür vasküler dinamikleri karakterize eden çok sayıda parametrenin yerel tahminlerini sağlar.
Baş araştırmacıya göre Michael Tanter ve meslektaşları, fULM'yi düşük maliyetli, kullanımı kolay bir ultrason tarayıcıya entegre ederek, “beyin çapındaki uzaysal kapsamı mikroskobik çözünürlük ve 1 sn zamansal çözünürlükle birleştirerek serebral mikro dolaşım ağına ve hemodinamik değişikliklerine nicel bir bakış sağlar. nörofonksiyonel görüntüleme ile uyumlu”.
In vivo çalışmalar
fULM konseptini göstermek için, araştırmacılar önce laboratuvar farelerini fonksiyonel ultrasonla (kontrastsız) görüntüledi, ardından aynı görüntüleme düzleminde ULM izledi. Sürekli mikro-kabarcık enjeksiyonu ile anestezi uygulanmış sıçanlarda duyusal uyarıları (bıyık sapmaları veya görsel uyarım) birleştirdiler. ULM için, fareler, 20 dakikalık bir görüntüleme seansı sırasında sürekli bir yavaş mikro-kabarcık enjeksiyonu aldı ve bu, ultrason çerçevesi başına kabaca 30 mikro-kabarcık oluşmasına yol açtı.
ULM işleme sırasında, araştırmacılar her mikro kabarcık konumu ve ilgili zaman konumu ile her izi kaydetti. Bir piksel boyutu seçerek ve her bir piksel içindeki her bir mikro-kabarcığı sıralayarak ULM görüntüleri oluşturdular. Analizler için yalnızca toplam edinme süresi boyunca en az beş farklı mikro kabarcık algılamasına sahip pikseller kullanıldı.
Teknik, araştırmacıların 6.5 µm çözünürlükle hem kortikal hem de subkortikal alanlarda fonksiyonel hiperemiyi (damarlarda artan kan) haritalandırmasına izin verdi. Mikrokabarcık akışı ve hızını ölçerek, dört sıçan için bıyık uyarımı sırasında ve üç sıçan için görsel uyarım sırasında zamansal hemodinamik tepkileri nicelleştirdiler.
Ekip, fonksiyonel hiperemi sırasında kan damarlarının katılımını ölçtü. Temsili bir arteriyol ve venül (kılcal damarlara giren/çıkan çok küçük arterler/damarlar) için mikrokabarcık sayısı, hız ve çapta artışlar gözlemlediler ve kontrol hayvanlarının herhangi bir değişiklik göstermediğine dikkat çektiler. Ayrıca, her bir kan damarının katılımını daha fazla ölçmek için bir "perfüzyon" ve "drenaj alanı indeksi" getirdiler. Bunlar, arteriyol ve venül için stimülasyon sırasında sırasıyla %28 ve %54 arttı.
Geniş görüş alanı nedeniyle, araştırmacılar, bıyık uyarıları için talamus ve görsel uyarılar için üstün kollikulus gibi derin yapılarda bile, tüm sıçan beyin dilimi görüntüsü boyunca her damar için eş zamanlı olarak nicel analizler gerçekleştirebildiler.
Yazarlar, "Ulaşılan uzaysal-zamansal çözünürlük, fULM'nin tüm beyindeki farklı vasküler kompartmanları görüntülemesini ve özellikle nöronal aktiviteler sırasında vasküler değişikliklere büyük katkısı olduğu bilinen prekapiller arteriyollerde ilgili katkılarını ayırt etmesini sağlıyor" diye yazıyor.
Ultra hızlı ultrason, insan beyninin derinliklerindeki küçük kan damarlarını haritalar
Şunları ekliyorlar: "fULM, mikro-kabarcık akışındaki nispi artışın arteriyollerden ziyade parankimal damarlarda daha fazla olduğunu gösteriyor. fULM ayrıca başlangıçtaki arteriyollere nüfuz eden kan akışı ve hız için derinliğe bağlı özellikleri doğrular ve aktivasyon sırasında kan hızında derinliğe bağlı bir değişimi vurgular. Aynı zamanda, aktivasyon sırasında venüllerdeki mikro kabarcık akışı, kan hızı ve çapındaki büyük artışları da ölçer.”
Yeni bir görüntüleme araştırma aracı olarak fULM, beyin aktivasyonu sırasındaki dinamik değişiklikleri izlemenin bir yolunu sunar ve sinirsel beyin devrelerine ilişkin içgörüler sunar. Beyin çapında bir ölçekte fonksiyonel bağlantı, katmana özgü kortikal aktivite ve / veya nörovasküler eşleşme değişikliklerinin çalışmasına yardımcı olacaktır.
Tanter, Institute Physics for Medicine'deki araştırmacıların Paris merkezli tıbbi teknoloji şirketi ile işbirliği yaptığını belirtiyor. İkonus, bu teknolojiyi sinirbilim topluluğu ve klinik görüntüleme için çok hızlı bir şekilde kullanılabilir hale getirmek.
