"ตอนนี้ เราสามารถประเมินได้ว่าสมองควบคุมการไหลเวียนของเลือดได้ดีเพียงใด และแม้กระทั่งตรวจจับการกระตุ้นสมองโดยไม่รุกรานในมนุษย์ผู้ใหญ่ โดยใช้หลักการที่คล้ายกับการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (fMRI) แต่มีค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อย" Vivek Srinivasan ผู้ช่วยผู้ช่วยกล่าว ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ที่ UC Davis และผู้เขียนอาวุโสด้านการศึกษา

สมองของมนุษย์คิดเป็น 2% ของน้ำหนักตัว แต่ใช้กระแสเลือด 15% ถึง 20% จากหัวใจ การวัดการไหลเวียนของเลือดในสมองเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวินิจฉัยโรคหลอดเลือดสมอง และสำหรับการทำนายความเสียหายรองในภาวะตกเลือดใต้วงแขนหรือการบาดเจ็บที่สมอง แพทย์ที่ให้การดูแลด้านระบบประสาทอย่างเข้มข้น ต้องการตรวจสอบการฟื้นตัวของผู้ป่วยด้วยการถ่ายภาพการไหลเวียนของเลือดในสมองและการให้ออกซิเจน

เทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วมีราคาแพงและไม่สามารถนำมาใช้อย่างต่อเนื่องหรือข้างเตียงได้ ตัวอย่างเช่น เทคนิคปัจจุบันในการสร้างภาพการไหลเวียนของเลือดในสมองต้องการ MRI หรือเครื่องสแกนเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ที่มีราคาแพง มีเทคโนโลยีที่ใช้แสง เช่น อินฟราเรดใกล้สเปกโตรสโคปี แต่ก็มีข้อเสียในด้านความแม่นยำเช่นกัน

วิธีการใหม่นี้ใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าแสงอินฟราเรดใกล้สามารถทะลุผ่านเนื้อเยื่อของร่างกายได้ หากคุณฉายเลเซอร์ใกล้อินฟราเรดบนหน้าผากของใครบางคน แสงจะกระจัดกระจายไปตามเนื้อเยื่อต่างๆ ซึ่งรวมถึงเซลล์เม็ดเลือดด้วย โดยการรับสัญญาณความผันผวนของแสงที่ย้อนกลับออกจากกะโหลกศีรษะและหนังศีรษะ คุณจะได้รับข้อมูลเกี่ยวกับการไหลเวียนของเลือดภายในสมอง

โดยธรรมชาติแล้วสัญญาณนั้นอ่อนมาก Srinivasan และนักวิจัยหลังปริญญาเอก Wenjun Zhou เอาชนะปัญหาดังกล่าวด้วยการใช้อินเตอร์เฟอโรเมทรี (interferometry) ซึ่งเป็นความสามารถของคลื่นแสงในการซ้อนทับ เสริมกำลัง หรือยกเลิกซึ่งกันและกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผ่านอินเตอร์เฟอโรเมทรี คลื่นแสงจ้าสามารถเพิ่มคลื่นแสงอ่อนได้โดยการเพิ่มพลังงานที่ตรวจพบ

การเปิดใช้งานเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า

พวกเขาแยกลำแสงเลเซอร์ออกเป็นเส้นทาง "ตัวอย่าง" และ "อ้างอิง" ก่อน ลำแสงตัวอย่างจะเข้าไปในศีรษะของผู้ป่วยและกำหนดเส้นทางลำแสงอ้างอิงเพื่อให้เชื่อมต่อกับลำแสงตัวอย่างอีกครั้งก่อนที่จะไปที่เครื่องตรวจจับ ลำแสงอ้างอิงที่แรงกว่าจะช่วยเพิ่มสัญญาณตัวอย่างที่อ่อนแอผ่านอินเตอร์เฟอโรเมทรี ทำให้ทีมสามารถวัดเอาต์พุตด้วยประเภทของชิปตรวจจับแสงที่พบในกล้องดิจิตอล แทนที่จะใช้เครื่องตรวจจับโฟตอนราคาแพง จากนั้นจึงใช้ซอฟต์แวร์เพื่อคำนวณดัชนีการไหลเวียนของเลือดสำหรับตำแหน่งต่างๆ ในสมอง

Srinivasan และ Zhou ทำงานร่วมกับ Dr. Lara Zimmerman, Dr. Ryan Martin และ Dr. Bruce Lyeth ที่แผนกศัลยกรรมประสาท UC Davis เพื่อทดสอบเทคโนโลยี พวกเขาพบว่าด้วยเทคโนโลยีใหม่นี้ พวกเขาสามารถวัดการไหลเวียนของเลือดได้เร็วและลึกกว่าผิวน้ำมากกว่าเทคโนโลยีที่ใช้แสงในปัจจุบัน พวกเขาสามารถวัดการไหลเวียนของเลือดในสมองที่เต้นเป็นจังหวะและยังสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเมื่ออาสาสมัครได้รับคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย

เมื่ออาสาสมัครได้รับโจทย์คณิตศาสตร์ง่ายๆ นักวิจัยก็สามารถวัดการกระตุ้นเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าผ่านทางหน้าผากได้