favicon3

С помощью fNIRS можно поставить ранний диагноз травмы головного мозга.

Человеческий мозг представляет собой сложную структуру, состоящую из большого количества нейронов и глии. Эти клетки тесно интегрированы для создания сложных сетей, которые поддерживают биологические процессы в дополнение к регулированию памяти, познания, языка и движений тела. Для выполнения всех этих действий требуется высочайший уровень энергетического метаболизма. Кровоток к мозгу непрерывно переносит кислород, который обеспечивает нормальное метаболическое функционирование мозга. В 1998 году в одном из исследований была использована функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS) у новорожденных для наблюдения за затылочной областью во время зрительной стимуляции. После этого в нескольких исследованиях данный метод использовался для изучения функций и развития мозга новорожденных. За последние 20 лет fNIRS превратился в эффективную технологию мониторинга, он обеспечивает непрерывный неинвазивный мониторинг оксигенации тканей головного мозга. Этот метод наблюдения может определять уровни церебрального оксигемоглобина (HbO2) и дезоксигенированного гемоглобина (HbR) и, таким образом, измерять региональное насыщение крови кислородом.

Поскольку в неонатальном периоде мозг быстро растет, любая травма может нанести ему значительный ущерб. Исследования, связанные с fNIRS, могут помочь оценить влияние этих травм на развивающийся мозг. Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия позволяет глубже понять функции этого органа и развитие нервной системы новорожденных. Важно понимать разницу между мозгом здорового и поврежденного новорожденного, чтобы врачи могли распознавать симптомы и применять стратегии раннего вмешательства. Благодаря fNIRS изучение функций мозга новорожденных становится гораздо менее затруднительным.

fNIRS использует принципы ближней инфракрасной спектроскопии, он основан на взаимодействии света и биологической ткани. Оксигенированный и деоксигенированный гемоглобин являются основными хромофорами, которые поглощают ближний инфракрасный свет и демонстрируют отчетливые спектры поглощения. Ученые исследуют непрерывные изменения концентраций HbO2 и HbR, чтобы выявить области мозга, которые подвергаются стимуляции. Этот процесс позволяет локализовать функцию мозга. Гемодинамические изменения, наблюдаемые с помощью fNIRS, могут быть использованы для интерпретации нейрональной активности и метаболизма с допущением о сохранности нервно-сосудистой связи. Ткани человека имеют две основные реакции на свет: поглощение и рассеяние. Уровни кислорода в крови могут влиять на их оптические свойства. Поглощение ближнего инфракрасного света кровью очень низкое, и свет легко рассеивается, что дает возможность оптического мониторинга. Однако, прежде чем свет достигнет крови, он должен пройти через разные слои ткани. Кожа, кости и другие ткани тела относительно непрозрачны в ближнем инфракрасном диапазоне света, в то время как HbO2 и HbR в кровеносных сосудах могут быть легко обнаружены и различимы, особенно по различным спектрам поглощения. Длина волны ближнего инфракрасного света в диапазоне от 670 до 910 нм может проникать через череп, скальп и мозговые оболочки, достигая серого вещества коры головного мозга. Стандартная система состоит из двух основных компонентов: источника света (такого как светоизлучающий диод или лазер) и ближайшего фотодетектора. Источник света излучает ближний инфракрасный свет на поверхность головы объекта, в то время как ближайший фотодетектор улавливает фотоны, рассеянные обратно на поверхность головы после рассеяния и поглощения тканью. Все источники света ближнего инфракрасного диапазона излучают свет с длинами волн в пределах указанного выше спектра. Они проходят путь в форме «банана» и достигают фотодетектора (рис. 1A). У новорожденных, в зависимости от глубины черепа, расстояние между источником и детектором 20-25 мм достаточно для проникновения на глубину примерно 1 см, включая кору головного мозга.

Рис. 1. Иллюстрация, показывающая принцип работы fNIRS.

(A) Датчики размещаются на верхней части головы. Фотоны попадают в ткань мозга из излучателя. После рассеяния по траектории в форме банана фотоны принимаются детектором.

(B) и (C) Комбинации нескольких излучателей и детекторов составляют функциональную визуализацию мозга.

Основными методами измерения функции мозга новорожденных являются функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), амплитудно-интегрированная электроэнцефалограмма (аЭЭГ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). Каждый подход характеризуется различными методологическими и техническими параметрами и имеет свои относительные достоинства. Преимущества использования fNIRS у новорожденных включают удобство, портативность, неинвазивность и воспроизводимость. Метод бесшумный, не требует седативных средств и уменьшает количество телесных ограничений. Как правило, сбор образцов у новорожденных происходит в стационаре, тем не менее устройства становятся беспроводными, перезаряжаемыми и значительно уменьшаются в размере. В неонатальном отделении результаты аЭЭГ могут быть искажены линией электропередач и электромагнитным шумом, что может затруднить клинический анализ, а на fNIRS электрические сигналы не влияют. Еще один немаловажный аспект заключается в безопасности fNIRS для новороженных, т.к в отличие от компьютерной томографии (КТ) или ПЭТ, он не подвергает человека воздействию радиации. К тому же, настройки плотности, положение детектора и оптических передатчиков не причиняют вреда или боли нежной коже ребенка, а период подготовки и обнаружения составляет всего несколько минут. Это означает, что педиатры могут повторно записывать данные в любой момент времени.

Ранние клинические проявления периоперационной или перинатальной травмы головного мозга нетипичны в практической работе, по прикроватному наблюдению трудно судить о ее наличии и производить последующую оценку тяжести. Педиатры могут упустить жизненно важное терапевтическое окно. NIRS играет важную роль в оценке вмешательств и методов лечения новорожденных. Ранняя оценка, выявление патологий и своевременное целевое вмешательство имеют решающее значение для улучшения краткосрочного и долгосрочного прогноза. Многие факторы риска могут нарушать нормальное снабжение крови кислородом и потребность в нем. Классическим повреждением головного мозга у новорожденных является гипоксически-ишемическая энцефалопатия (ГИЭ). Если пациенту с ГИЭ доступна непрерывная оценка церебральной оксигенации с помощью fNIRS, педиатры могут поставить ранний диагноз травмы головного мозга, что является уникальной возможностью, т.к. например, МРТ может надежно прогнозировать исходы лишь в тяжелых случаях ГИЭ.

Технология fNIRS имеет высокое временное разрешение; небольшие, адаптированные и быстро обнаруживающие устройства функциональной ближней инфракрасной спектроскопии становятся все более важными в изучении развития мозга. Благодаря своим технологическим преимуществам и мобильности устройств, fNIRS стал новым методом прикроватного мониторинга, его можно использовать в дополнение к существующим технологиям, таким как фМРТ, ЭЭГ и ПЭТ, чтобы обеспечить комплексный мониторинг функций мозга. Метод можно использовать для исследования высших когнитивных функций у новорожденных в целях выяснения механизмов травм головного мозга. Раннее обнаружение когнитивных аномалий на неонатальном этапе развития полезно как с социальной, так и с медицинской точки зрения, так как может улучшить прогноз для соответствующих новорожденных. Ожидается, что в будущем технология fNIRS будет играть важную роль в когнитивной нейробиологии и клинической медицине.

  1. , Xinlin Hou. Applications of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) in neonates. Neuroscience Research | (2020) | doi.org/10.1016/j.neures.2020.11.003

Поделитесь ссылкой эту страницу

Поделиться в vk
VK
Поделиться в facebook
Facebook
Поделиться в linkedin
LinkedIn
Поделиться в telegram
Telegram
favicon3
Похожие статьи

Обзор технических характеристик устройств fNIRS

Задача устройств fNIRS от производителя Artinis — это максимально быстро и безопасно получить данные об активности коры головного мозга. Для этого предлагается самый широкий спектр устройств fNIRS. При этом, все эти устройства можно комбинировать и сочетать для создания оптимальной, удобной и полной конфигурации. Чтобы помочь вам выбрать наиболее подходящие устройства для вашего исследования, мы составили короткую, но в тоже время емкую сравнительную таблицу с наиболее важными характеристиками для каждого fNIRS устройства.

Читать полностью »

Тестирование fNIRS систем на пилотах

Сотрудники Исследовательского центра Гленна при NASA использовали fNIRS систему (система функциональной ближней инфракрасной спектроскопии) для анализа когнитивных способностей работы мозга пилотов совершающих трансатлантические перелеты. Во

Читать полностью »

Гемодинамический ответ мозга в парах экзаменатор-испытуемый во время блок-теста Корси*. Гиперсканирование с помощью ближнекрасной спектроскопии БИКС (fNIRS)

*Зрительно-пространственный тест, направленный на изучение определенных свойств памяти — Corsi Block-Tapping Test или блок-тест Корси. Диагностическая методика включает в себя 9 блоков, которые загораются или

Читать полностью »

fNIRS инструмент визуализации мозга для исследования расстройств аутистического спектра.

Симптомы расстройства аутистического спектра (РАС) включают социальные, вербальные и невербальные коммуникативные трудности, а также стереотипное или повторяющееся поведение. Распространенность заболевания РАС быстро увеличивается, причем среди

Читать полностью »
Обратная связь
Мы свяжемся с вами в течение 15 минут