Skip to main content

Breaking the Nonuniqueness Barrier in Electromagnetic Neuroimaging

Article Category

Article available in the folowing languages:

Otwarcie drogi do rewolucji w skanowaniu mózgu

Obecnie stosowane techniki skanowania mózgu mają pewne fundamentalne ograniczenia. Finansowany przez UE projekt BREAKBEN przełamał te bariery, dając nadzieję na powstanie lepszych i bardziej szczegółowych badań mózgu.

Zdrowie

Choroby mózgu powodują wiele cierpienia i stanowią poważne obciążenie ekonomiczne dla społeczeństwa. W samej Europie roczny koszt ich leczenia szacuje się na 800 mld EUR. Teraz pewien europejski zespół dąży do tego, aby Europa stała się liderem rewolucji w dziedzinie skanowania i pomiaru ludzkiego układu nerwowego, aby poprawić dokładność aktualnych technik opisujących aktywność elektryczną w mózgu. W ramach projektu BREAKBEN (Breaking the Nonuniqueness Barrier in Electromagnetic Neuroimaging) zaprojektowano i zbudowano niezwykle czułe magnetometry – urządzenia służące do wykrywania i pomiaru bardzo słabych pól magnetycznych. Innowacyjny system został zaprojektowany tak, aby odbierać i łączyć wysokiej jakości sygnały potrzebne w dwóch podstawowych technikach skanowania ludzkiego mózgu: MEG (magnetoencefalografii) i ULF MRI (obrazowania metodą rezonansu magnetycznego w ultraniskim polu). MEG mierzy ultraniskie pola magnetyczne generowane przez mózg i jest nieinwazyjną metodą wykorzystywaną przez klinicystów do badania funkcji neuronalnej. MRI mapuje zależne od tkanek zachowanie wirujących jąder w cząsteczkach wody, generując w ten sposób strukturalne obrazy mózgu. Metoda ULF MRI została zademonstrowana po raz pierwszy w 2004 roku przez zespół profesora Johna Clarke’a z Uniwersytetu w Berkeley, przy użyciu tylko jednego czujnika – znanego jako SQUID. Projekt BREAKBEN rozwinął ten pomysł. „Opracowaliśmy pierwsze duże systemy czujników SQUID, które mierzą sygnały MEG i ULF MRI za pomocą tych samych czujników”, wyjaśnia koordynator projektu prof. Risto Ilmoniemi, kierownik Wydziału Neurobiologii i Inżynierii Biomedycznej w Wyższej Szkole Nauk przy Uniwersytecie w Aalto. Przełamywanie starych barier Niemiecki lekarz Hermann von Helmholtz wykazał w latach 50-tych XIX wieku, że niemożliwe jest jednoznaczne określenie rozkładu prądu elektrycznego (w tym przypadku prądów w obwodach neuronalnych) wewnątrz przewodnika (w tym przypadku głowy) – nawet jeśli dokładnie znane są zarówno pola elektryczne, jak i magnetyczne poza przewodnikiem. Oznacza to poważny problem dla naukowców wykorzystujących MEG do pomiaru prądów obwodów neuronalnych w mózgu, a ograniczenie to określane jest mianem bariery niejednoznaczności. „Na podstawie samego MEG nie możemy mieć pewności, które części mózgu są aktywne u pacjenta”, wyjaśnia Ilmoniemi. Innowacyjność projektu BREAKBEN polega na połączeniu tych dwóch technik skanowania, aby przełamać tę barierę. Jednoczesne przeprowadzenie badania ULF MRI dostarcza dokładnych informacji na temat położenia w obrębie głowy i szczegółów kształtu kory. Pozwala to na wiarygodne uwzględnienie w analizie określonych informacji a priori - jak na przykład, że prąd źródłowy znajduje się tylko w korze mózgowej. Dzięki temu skanowanie dostarcza bardziej wiarygodnych danych. Przyszłe zastosowania Przełomowe dokonanie uczestników projektu BREAKBEN otwiera zupełnie nowe możliwości w zakresie obrazowania mózgu. „Jesteśmy przekonani, że znajdujemy się u progu jakościowego skoku technologicznego, który dokona się dzięki ULF MRI, jego zastosowaniom i kombinacjom”, mówi Ilmoniemi. „To zrewolucjonizuje sposób, w jaki wykonujemy pomiary układu nerwowego oparte na magnetyzmie”. Technika ta może pomóc w mapowaniu aktywności mózgu u chorych na padaczkę, a rezonans magnetyczny ULF może przydać się nawet w diagnostyce nowotworów. Urządzenie MEG-MRI pozwoli również na stosowanie obrazowania mózgu u nowych grup pacjentów, na przykład u osób z wszczepionymi metalowymi implantami. Usprawnione procedury i dokładniejsza diagnostyka powinny przyczynić się do skrócenia czasu hospitalizacji i zoptymalizowania leczenia, co przełoży się na spadek kosztów. Zespół BREAKBEN z Uniwersytetu w Aalto otrzymał od UE środki finansowe na rozpoczęcie innowacyjnej działalności w celu komercjalizacji nowej techniki. „Ubiegamy się o dalsze finansowanie z funduszy Business Finland w celu przygotowania prototypu i zademonstrowania korzyści płynących z badań nad pacjentami”, podsumowuje Ilmoniemi.

Słowa kluczowe

BREAKBEN, skanowanie mózgu, ULF MRI, MEG, rewolucja, mózg, zaburzenia

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania