ก้าวล้ำ: ฉายแสงผ่านสมองมนุษย์โดยไม่ต้องผ่าตัด

นักวิทยาศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ (สกอตแลนด์) เพิ่งบรรลุความสำเร็จครั้งสำคัญที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน นั่นคือความสำเร็จในการฉายลำแสงจากด้านหนึ่งของกะโหลกศีรษะมนุษย์ไปยังอีกด้านหนึ่ง ความสำเร็จนี้เปิดโอกาสให้เกิดความหวังสำหรับวิธีการถ่ายภาพสมองแบบไม่ผ่าตัด ซึ่งมีราคาถูกกว่าและยืดหยุ่นกว่าอุปกรณ์ขนาดใหญ่ในปัจจุบัน

ปัจจุบัน สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดใกล้เชิงฟังก์ชัน (fNIRS) ถือเป็นวิธีหนึ่งที่ประหยัดที่สุดและพกพาสะดวกที่สุดในการบันทึกกิจกรรมของสมอง อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้สามารถเจาะลึกลงไปใต้หนังศีรษะได้เพียงไม่กี่เซนติเมตร ทำให้เครื่องสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) เป็นทางเลือกเดียวสำหรับ "การมองเห็น" ที่ลึกกว่า

ในการศึกษาวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Neurophotonics ทีมวิจัยได้ขยายความไวของ fNIRS โดยใช้เลเซอร์อินฟราเรดใกล้ที่มีกำลังขยายสูงขึ้น (ยังคงอยู่ในขีดจำกัดที่ปลอดภัย) และเพิ่มระบบการเก็บเกี่ยวแสงที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อตรวจจับโฟตอนจำนวนเล็กน้อยที่ผ่านกะโหลกศีรษะ

ในชุดการทดสอบ มีอาสาสมัครเพียงคนเดียว เป็นชายผิวขาวไม่มีขน ที่สามารถเห็นแสงผ่านจากด้านหนึ่งของศีรษะไปยังอีกด้านหนึ่งได้อย่างสมบูรณ์ การสแกนใช้เวลานานถึง 30 นาที และต้องใช้เงื่อนไขการตั้งค่าที่แม่นยำอย่างยิ่ง

แม้ผลลัพธ์จะมีจำกัด แต่ทีมวิจัยกล่าวว่าเป้าหมายหลักของพวกเขาคือการสาธิตสิ่งที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ นั่นคือ การฉายแสงผ่านกะโหลกศีรษะมนุษย์วัยผู้ใหญ่ เพื่อให้บรรลุผลดังกล่าว พวกเขาต้องเสียสละหลายอย่าง ทั้งความเร็วในการสแกน ขนาดตัวอย่าง และสภาวะควบคุม

ทีมวิจัยได้ใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่สร้างจากการสแกนกะโหลกศีรษะแบบ 3 มิติ เพื่อทำนายวิถีโฟตอนได้อย่างแม่นยำ ที่น่าสนใจคือ แสงไม่ได้กระจัดกระจายแบบสุ่ม แต่กลับเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่ต้องการ เช่น ผ่านโพรงน้ำไขสันหลัง ซึ่งมีความโปร่งใสมากกว่า การค้นพบนี้เปิดโอกาสให้สามารถกำหนดเป้าหมายไปยังบริเวณที่ลึกกว่าของสมองได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่งของแหล่งกำเนิดแสงภายนอก

เทคโนโลยี fNIRS มีข้อดีหลายประการ ได้แก่ ขนาดกะทัดรัด ต้นทุนต่ำ และสามารถนำเข้าสู่ชุมชนได้ ซึ่งแตกต่างจากเครื่อง MRI ราคาแพงและแบบติดตั้งถาวรในโรงพยาบาล หากพัฒนาอย่างสมบูรณ์ เทคโนโลยีใหม่นี้สามารถนำไปใช้ในการคัดกรองโรคหลอดเลือดสมอง เนื้องอกในสมอง หรือติดตามความเสียหายของสมองได้ทันที

นักวิจัยเชื่อว่าวิธีการฉายแสงผ่านกะโหลกศีรษะนี้อาจกลายเป็นสะพานเชื่อมทางเทคโนโลยีระหว่างการตรวจคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) ราคาประหยัดกับการตรวจด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ความละเอียดสูงแต่มีราคาแพง ในอนาคต อุปกรณ์ถ่ายภาพสมองแบบพกพาที่มีความละเอียดในการเจาะสูงจะช่วยนำการวินิจฉัยทางระบบประสาทมาสู่ผู้คนได้ใกล้ชิดยิ่งขึ้น โดยเฉพาะในพื้นที่ห่างไกล

ปัจจุบัน การวิจัยนี้ถือเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ถ่ายภาพสมองรุ่นต่อไป ทั้งในการวินิจฉัยโรคและการศึกษาพัฒนาการทางสติปัญญาในเด็กและการเสื่อมของระบบประสาทในผู้สูงอายุ