Het meten van optische bloedstroom in de rustende menselijke hersenen om spontane activiteit te detecteren is voor het eerst aangetoond door beeldvormingsonderzoekers van de Wright State University, belofte voor een betere manier om mensen met autisme te bestuderen, Alzheimer en depressie.

Ulas Sunar, universitair hoofddocent biomedische, industriële en menselijke factoren engineering, en zijn team van onderzoekers hebben aangetoond dat optisch bloedstroomcontrast gemeten door diffuse correlatiespectroscopie kan worden gebruikt om Resting State Functional Connectivity (RSFC) in de hersenen te detecteren.

Het onderzoeksteam omvat Sunar, die de bijzondere positie bekleedt van de Ohio Research Scholar for Medical Imaging aan de Wright State, en zijn onderzoekers Chien Poon, juni Li, Jeremy Kress en Dan Rohrbach.

De bevindingen van het team zijn onlangs gepubliceerd in een van de beste optische tijdschriften, het tijdschrift voor biofotonica, met betrekking tot onderzoek naar de interacties tussen licht en biologische materialen. Het werk is ook te zien in de Biophotonics.World, die de wereldwijde biofotonica-gemeenschap dient als centraal toegangspunt voor het laatste nieuws en artikelen over recente wetenschappelijke ontwikkelingen in de academische wereld en de industrie.

De nieuwe optische benadering van het team is gebaseerd op het detecteren van lichtverstrooiing van bewegende bloedcellen en kan het absolute cerebrale bloedstroomgerelateerde contrast kwantificeren. Het is een complementaire techniek voor de algemeen bekende functionele nabij-infraroodspectroscopie die de bloedoxygenatie meet.

"We zien dat de bloedstroom een ​​hoger contrast vertoont dan de zuurstofopname in onze neuroimaging-experimenten, " zei Sunar. "Onder neuronale vuren kunnen de hersenen om meer bloedstroom vragen. Dat is de reden waarom de bloedstroom een ​​belangrijke parameter is voor het beoordelen van functionele connectiviteit in de rusttoestand van het menselijk brein. En ook de beeldvormingstechniek van de bloedstroom is relatief nieuw. Het aangepaste systeem is hier gebouwd, door mijn Ph.D. student Chien Poon, en we hebben voor het eerst de rusttoestand-benadering in ons vakgebied gedemonstreerd."

De onderzoekers gebruikten de bloedstroomparameter om RSFC te kwantificeren bij negen gezonde volwassen mannen als een proof-of-concept-onderzoek. De techniek toonde een hoge connectiviteit tussen bepaalde delen van de hersenen en een lage connectiviteit tussen andere gebieden. De resultaten komen overeen met vergelijkbare onderzoeken die eerder zijn uitgevoerd met andere methoden, zoals functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI).

"Dit zijn opwindende resultaten in ons vakgebied, aangezien de studie het potentieel van de optische bloedstroommethode heeft bewezen als een niet-invasief middel om RSFC bij mensen te beoordelen, " vertelde Sunar aan Biophotonics.World. "De cerebrale bloedstroom is een zeer belangrijke parameter voor de karakterisering van neuronale ziekten vanwege het hoge contrast."

RSFC-onderzoeken zijn een waardevol hulpmiddel voor het bestuderen van mensen met aandoeningen die het uitvoeren van taken moeilijk kunnen maken. Maar veel mensen, zoals jonge autistische kinderen, zijn slechte kandidaten voor RSFC-beoordeling door fMRI, waardoor ze lange intervallen stil moeten houden in een beperkte beeldruimte met hard geluid van de magneet.

Optische beeldvorming is zeer geschikt voor zulke mensen omdat het snel is en kan worden uitgevoerd door optische sondes die door de patiënt kunnen worden gedragen. De onderzoekers verwachten dat dit uiteindelijk een zeer nuttig hulpmiddel zal worden voor het niet-invasief beoordelen van de hersenfunctie bij jonge en gehandicapte patiënten.

Sunar zei dat de technologie ook kan worden gebruikt voor het beoordelen van menselijke prestaties om te begrijpen of een taak de cerebrale bloedstroom en neurale activiteit verhoogt.

"Als een taak wordt uitgevoerd, wat gebeurt er met de bloedstroom in de hersenen?' zei hij. 'Is er een relatie? Is het hersennetwerk meer verbonden in de rusttoestand en de prestatietoestand? Dat zijn interessante vragen om te onderzoeken."

De volgende stap voor het onderzoeksteam zal zijn om het optische systeem aan te passen zodat het zowel de bloedstroom als de oxygenatie kan laten zien.

"We werken aan het combineren van meerdere beeldcontrasten om een ​​completer beeld te krijgen van de hersenfunctie, " zei Sunar. "Bijvoorbeeld, we kunnen het hersenmetabolisme van zuurstofverbruik kwantificeren door bloedstroom- en zuurstofmetingen te combineren. Deze aanpak zal een grote impact hebben op veel gebieden, van neurologische ziektekarakterisering in klinische settings tot het beoordelen van de menselijke prestaties die relevant zijn voor militair onderzoek."