Հրաշք սաղավարտի շնորհիվ կուսումնասիրվի երեխաների ուղեղը
Մեծ Բրիտանիայի հետազոտողների նոր հայտնագործությունը հնարավորություն կտա ավելի խորը ուսումնասիրել ուղեղի զարգացումն ու նյարդաբանական հիվանդությունների առաջացումը։ Համաձայն Nature Communications-ի՝ մագնիսաէնցեֆալոգրաֆիկ (ՄԷԳ) սկաները թույլ է տալիս ստանալ մեծահասակների ու երեխաների ուղեղի 3D պատկերն ակտիվ վիճակում։
«Մենք նախագծել և պատրաստել ենք ՄԷԳ սաղավարտը հեծանվային պաշտպանիչ սաղավարտի նմանությամբ և դրա օգնությամբ կարողացել ենք հաջողությամբ վերլուծել 2 և 5 տարեկան երեխաների գլխուղեղի ակտիվությունն առօրյա գործունեությամբ զբաղվելիս», - պատմում է հետազոտության գլխավոր հեղինակ Ռայան Հիլլը, ով աշխատում է Նոթինգհեմի համալսարանում։
Կատարելագործված ՄԷԳ սկաների շնորհիվ վերլուծելով երեխաների գլխուղեղի հոսանքները՝ գիտնականները կարողանում են իրականացնել այնպիսի նյարդաբանական և հոգեբանական հիվանդությունների լայնամասշտաբ հետազոտություններ, ինչպիսիք են մանկական էպիլեպսիան ու աուտիզմը։
Թեթև և զգայուն
Արդեն շատ տարիներ տարբեր հետազոտողներ ուսումնասիրում են գլխուղեղի կառուցվածքն ու գործառույթները ՄՌՏ պատկերների և գլխին հագցվող ՄԷԳ, ԷՈՒԳ սարքավորումների օգնությամբ։ Գիտական վերջին ձեռքբերումների շնորհիվ հնարավոր է դարձել չափել ուղեղի ակտիվությունը՝ վերլուծելով գլխից դուրս գեներացվող մագնիսական դաշտերն օպտիկական պոմպով քվանտային մագնիսամետրերի օգնությամբ։
Բժիշկ Հիլլն ու իր գործընկերները, օգտագործելով վերոնշյալ տեխնոլոգիան, ՄԷԳ սկաների առաջին տարբերակի վրա աշխատել են 5 տարի՝ նախատեսելով այն նեյրոդեգեներատիվ խանգարումների բուժման մեթոդների զարգացման համար։ Մի քանի տարի առաջ նրանք ներկայացրեցին իրենց աշխատանքի արդյունքները․ անհատականորեն հարմարեցված սաղավարտը տպվում է 3D պրինտերի վրա, դրա վրա տեղադրվում են քվանտային մագնիսամետրեր, որոնք գրանցում են մեծահասակների գլխուղեղի գործառույթները տրված առաջադրանքները կատարելիս։
Երեխաներին, սակայն, այս սաղավարտը քիչ է համապատասխանում․ երեխաների մեծամասնությունը չեն կարողանում երկար մնալ անշարժ վիճակում, իսկ սկաների կառուցվածքային առանձնահատկությունները թույլ չէին տալիս նրանց ազատ շարժվել սկանավորման ընթացքում։ Սրա պատճառով ՄԷԳ-ի շնորհիվ ստացած ինֆորմացիան ուղեղի զարգացման նախնական շրջանի վերաբերյալ սահմանափակ է։
Խնդիրը լուծելու համար հետազոտողները ձևափոխել են ՄԷԳ սկաները և տեղադրել թեթև քվանտային մագնիսամետրեր սովորական հեծանվային սաղավարտի վրա։ Սաղավարտը համապատասխանում է երեխաների մեծամասնությանը, այդ թվում և երկու տարեկաններին։
Նոր սկաների քաշը մոտ 400 գրամ է, վրան տեղադրված են ինֆրակարմիր տեսախցիկ և էլեկտրամագնիսային կոճեր, որոնք չեզոքացնում են ֆոնային մագնիսական դաշտը։ Կոճերի ու տեսախցիկի համակցված համակարգը հնարավորություն է տալիս հետազոտվողին ազատ շարժել գլուխը սկանավորման ընթացքում։
«Սկաների նախնական տարբերակում օգտագործվել է 3D պրինտերի վրա տպված սաղավարտ՝ անհատական պատվերով, այսինքն՝ այն կարող էր օգտագործել միայն մեկ անձ, - ասում է Հիլլը։ - Այս դեպքում ցանկացել ենք ադապտացնել մեր սարքավորումը երեխաների համար՝ դարձնելով այն շատ ավելի թեթև ու հարմարավետ, ինչպես նաև ապահովելով քվանտային սենսորների կապը գլխի հետ, որպեսզի կարողանան ամրագրել ուղեղի ազդանշանները»։
Ստուգում ուկուլելելի վրա
Նախ հետազոտողները ստուգել են սաղավարտի հնարավարությունները 2 և 5 տարեկան երեխաների գլխուղեղի ակտիվությունը գրանցելիս։ Պրոցեդուրան, որի ընթացքում երեխաներից երկուսի մայրերը հպվում էին նրանց ձեռքերին, հանգիստ անցավ։ Գիտնականները պարզեցին, որ ձեռքի հպումը բացահայտ փոփոխություն է առաջացնում ուղեղի ակտիվության մեջ, ինչը հնարավոր է չափել սինթետիկ գրադիոմետրերով։
Հաջորդ փուլը գլխուղեղի ակտիվության 3D պատկերների ստացումն էր։ Սա մի քանի քայլից բաղկացած գործընթաց է, որը ներառում է սենսորներով հագեցած սաղավարտի ՀՏ սկանավորում, ստացված սկանների վերափոխումը վիրտուալ 3D մոդելի և 3D թվայնացված սարքավորման կիրառումը փորձագիտության մասնակիցների դեմքերի գրանցման համար։
Հետազոտողներն օգտագործել են այդ պատկերները, ինչպես նաև պացիենտի շարժումներին հետևող տեսախցիկից ստացված տվյալները հետազոտվողի գլխուղեղի նկատմամբ սաղավարտի քվանտային մագնիսամետրերի տեղադրվածությունն ու ուղղվածությունը գրանցելու համար։ Արդյունքում նման մեթոդիկան նրանց հնարավորություն է տվել ստանալ 3D պատկերներ, որոնց վրա տեսանելի են ուղեղի բետա իմպուլսների ակտիվության փոփոխությունները։
Նկարները ցույց են տալիս բետա մոդուլյացիների տարածական պատկեր, որտեղ ալիքի բարձրագույն պիկը, բոլոր երեք սուբյեկտների դեպքում, գտնվում է նախակենտրոնական ծալվածքում (գլխուղեղի կեղևի այն հատվածն է, որը պատասխանատու է շարժումների համար): Նկարները տրամադրել են Հիլլն ու հետազոտության այլ համահեղինակներ։ Լիցենզիա՝ CC BY-NC 4.0։
Նախնական թեստերից հետո Հիլլն ու իր գործընկերները ՄԷԳ սկաների օգնությամբ ուսումնասիրել են համակարգչի վրա թեթև ու կրկնվող առաջադրանքներ կատարող 14-ամյա դեռահասի և ուկուլելե նվագող 24-ամյա կնոջ գլխուղեղների ակտիվությունը։
Չնայած այս հանձնարարությունների իրականացման համար անհրաժեշտ գլխի նկատելի շարժումներին՝ ՄԷԳ սկաները կարողացել է գրանցել գլխուղեղի էլեկտրաֆիզիոլոգիական պատասխանը։ Պարզվել է, որ հանձնարարությունների կատարման ընթացքում փորձի մասնակիցների գլխուղեղի ակտիվության ամենամեծ փոփոխությունը գրանցվել է գլխուղեղի կեղևի առաջնային սոմատոսենսոր կենտրոնի հակառակ կողմում։
Մինչ օրս անհնար էր համարվում չափել գլխուղեղի ակտիվությունը հետազոտվողի կողմից հանձնարարություններ կատարելու ընթացքում՝ ուղեղի վիզուալիզացիայի համար օգտագործվող ավանդական սարքավորումների օգնությամբ։ ՄԷԳ սաղավարտի նոր կառուցվածքը կօգնի հետազոտել նյարդային համակարգի զարգացումը տարբեր տարիքի մարդկանց մոտ՝ սկսած ամենափոքրից։ Հետազոտողները ենթադրում են, որ հետագայում ՄԷԳ սաղավարտները հնարավոր կլինի օգտագործել կլինիկական պրակտիկայում՝ երեխաների հետ աշխատելիս։