Wgląd w głębiny ludzkiego mózgu
Zrozumienie ludzkiego mózgu zarówno w zdrowiu, jak i w chorobie pozostaje jednym z największych wyzwań naukowych XXI wieku. Każde osiągnięcie w tej dziedzinie może okazać się przełomem w wielu dziedzinach i przełożyć się na rozwój medycyny, społeczeństwa i gospodarki. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego stanowi podstawę tych wysiłków, ponieważ umożliwia nieinwazyjne mapowanie anatomii, funkcji i połączeń występujących w mózgu. Wykrycie drobniejszych szczegółów wymaga zastosowania silniejszych pól magnetycznych i bardziej czułych skanerów - wykorzystywane obecnie w szpitalach urządzenia o mocy 1,5 tesli nie zapewniają dostatecznej precyzji. Ambitne założenia doprowadziły do opracowania skanera Iseult(odnośnik otworzy się w nowym oknie) –opracowanego we Francji urządzenia do rezonansu magnetycznego wykorzystującego ultrasilne pole magnetyczne osiągające moc 11,7 tesli, które pozwoli na badanie ludzkiego mózgu na niespotykaną dotąd skalę.
Początek badań
Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu AROMA(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zgromadził sześciu partnerów z pięciu państw - przedstawicieli środowisk akademickich i przemysłu. Celem było zapoczątkowanie badań ludzkiego mózgu przy pomocy skanera Isseult i rezonansu magnetycznego z wykorzystaniem pola o mocy 11,7 tesli. Wyższe natężenia pola magnetycznego generują silniejsze sygnały, które przekładają się na wyższą rozdzielczość przestrzenną i czasową. „Rezonans magnetyczny wykorzystujący pole o mocy 11,7 tesli został zaprojektowany tak, aby działał jak nieinwazyjny mikroskop zapewniający wgląd w strukturę i funkcję mózgu”, mówi Nicolas Boulant, koordynator projektu. Dzięki urządzeniu naukowcy uzyskali obrazy anatomiczne obejmujące nawet mezoskalę organizacji mózgu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), umożliwiając wizualizację pomniejszych cech anatomicznych. Korzyści obejmują nie tylko wyższą szczegółowość, ale także szybkość. Badanie przy natężeniu pola wynoszącym 11,7 tesli trwające zaledwie 4 minuty wymagałoby znacznie dłuższego czasu przy niższych natężeniach pola, jeśli celem jest uzyskanie porównywalnej jakości obrazu.
Rozwiązywanie wyzwań inżynieryjnych
Praca przy tak ekstremalnym natężeniu pola jest źródłem poważnych wyzwań technicznych. W celu wykorzystania potencjału skanera potrzebne było opracowanie cewek pracujących z częstotliwością radiową, które musiały skutecznie wzbudzać cząsteczki wody i odbierać sygnały. Drgania mechaniczne i oddziaływania między podzespołami również wpływają na jakość obrazu. Ruch podczas badania stanowił kolejny problem, zwłaszcza w przypadku bardzo wysokiej rozdzielczości skanu. Aby rozwiązać tę trudność, członkowie konsorcjum projektu AROMA opracowali zaawansowane algorytmy korekcji ruchu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), które znacznie podniosły skuteczność procesu. Praktyczne zastosowanie obrazowania mózgów ludzkich z wykorzystaniem pola o mocy 11,7 tesli zostało dowiedzione w badaniu z udziałem 20 ochotników, którzy nie zgłosili żadnych działań niepożądanych.
Nowe możliwości w neuronauce
Dzięki tym narzędziom nowatorski skaner może być wykorzystywany w badaniach fMRI oraz w doświadczeniach sprawdzających aktywność na całej głębokości kory mózgowej. Dzięki nim naukowcy mogą zrozumieć, jak działa przetwarzanie informacji w różnych warstwach kory mózgowej. „Uzyskane obrazy zostały uznane przez społeczność neuronaukową za źródło inspiracji. Pokazują, że badanie mezoskalowej struktury ludzkiego mózgu jest teraz na wyciągnięcie ręki”, podkreśla Boulant. Potencjalne zastosowania nowej technologii obejmują również badanie zaburzeń neurodegeneracyjnych i psychiatrycznych, w tym choroby Alzheimera, choroby Parkinsona, stwardnienia rozsianego, schizofrenii i depresji. Badacze mają nadzieję, że wyższa czułość może umożliwić wykrywanie subtelnych zmian biologicznych, które pozostają niewidoczne przy niższych natężeniach pola. Urządzenie ma być dostępne dla użytkowników zewnętrznych, choć wciąż wymaga prac nad rozszerzeniem badań, które mogą być bezpiecznie i skutecznie wykonywane przy pomocy urządzenia. „Projekt AROMA był pionierską inicjatywą, dzięki której udało się pokonać wiele przeszkód związanych z rezonansem magnetycznym przy natężeniu pola wynoszącym 11,7 tesli. Kolejnym wyzwaniem jest przekształcenie tego sukcesu technicznego w klinicznie użyteczne rozwiązania”, podsumowuje Boulant.