นักวิทยาศาสตร์จาก Boston University ได้ประสบความสำเร็จในสิ่งที่เคยคิดว่าเป็นไปไม่ได้ คือการส่องแสงผ่านหัวของมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์ ความก้าวหน้านี้อาจนำไปสู่เทคโนโลยีการสแกนสมองที่มีความพกพาและราคาประหยัดเหมือนเครื่อง EEG แต่มีความสามารถในการเจาะลึกเท่ากับเครื่องสแกน MRI ราคาแพง
การวิจัยที่นำโดย Professor David Boas นี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการถ่ายภาพสมองด้วยแสง ตัวเลือกการถ่ายภาพสมองในปัจจุบันมีข้อจำกัด - EEG ราคาถูกและพกพาได้แต่แสดงเฉพาะกิจกรรมผิวหน้าเท่านั้น ในขณะที่ fMRI สามารถมองเห็นได้ลึกกว่าแต่มีราคาหลายล้านดอลลาร์และต้องใช้เครื่องขนาดใหญ่เท่าห้อง
การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการถ่ายภาพสมองในปัจจุบัน:
- EEG: พกพาได้และราคาไม่แพง แต่จำกัดเฉพาะกิจกรรมของสมองส่วนผิวเท่านั้น
- fMRI: เจาะลึกเข้าไปในสมองได้ แต่มีราคาแพง (หลายล้านดอลลาร์สหรัฐ) และมีขนาดใหญ่เท่าห้อง
- วิธีการออปติคัลใหม่: มีศักยภาพที่จะรวมความคุ้มค่าของ EEG เข้ากับความสามารถในการเจาะลึกของ fMRI
- การใช้งานเป้าหมาย: การวินิจฉัยโรคหลอดเลือดสมอง การประเมินสุขภาพจิต การตรวจสอบกิจกรรมของสมองทั่วไป
ความท้าทายของการส่งผ่านแสง
หัวของมนุษย์มีชื่อเสียงในด้านการไม่ให้แสงผ่านได้ดี กะโหลกศีรษะและเนื้อเยื่อสมองทำให้แสงกระเจิงมากจนโดยทั่วไปมีเพียงประมาณหนึ่งในล้านโฟตอนเท่านั้นที่สามารถเดินทางจากด้านหนึ่งของหัวไปยังอีกด้านหนึ่งได้ นี่เป็นอุปสรรคหลักที่ป้องกันไม่ให้การถ่ายภาพสมองด้วยแสงเข้าถึงบริเวณสมองส่วนลึก
ทีมวิจัยใช้แสงอินฟราเรดใกล้ที่ความยาวคลื่น 800 นาโนเมตรจากเลเซอร์ 1.2 วัตต์ พวกเขาวัดเวลาของโฟตอนหลายล้านตัวอย่างระมัดระวังขณะที่เดินทางผ่านหัวของอาสาสมัคร การติดตั้งต้องการความแม่นยำสูงสุด - การทดลองต้องดำเนินการในที่ปิดแสงสนิทที่สร้างด้วยแผ่นโฟมสีดำ ชั้นผ้า และม่านความปลอดภัยเลเซอร์ เพื่อป้องกันไม่ให้แสงที่หลงทางมารบกวนสัญญาณที่อ่อนแอมาก
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค:
- ความยาวคลื่นเลเซอร์: 800 นาโนเมตร (อินฟราเรดใกล้)
- กำลังเลเซอร์: 1.2 วัตต์
- อัตราการส่งผ่านแสง: ประมาณ 1 ใน 1 ล้านโฟตอน
- ข้อจำกัดปัจจุบัน: ใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือเฉพาะกับโทนสีผิวที่ขาวเท่านั้น
- ประวัติความปลอดภัย: คล้ายคลึงกับการสัมผัสแสงแดดธรรมชาติที่ความยาวคลื่น 800nm
ความปลอดภัยและข้อจำกัดปัจจุบัน
กำลังเลเซอร์ที่ใช้ถือว่าปลอดภัย เนื่องจากแสงแดดธรรมชาติมีความยาวคลื่น 800 นาโนเมตรที่คล้ายกัน อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ในปัจจุบันมีข้อจำกัดสำคัญ คือใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือเฉพาะกับผู้ที่มีผิวขาวเท่านั้น ทีมวิจัยยอมรับว่านี่เป็นอุปสรรคสำคัญที่ต้องแก้ไขก่อนที่เทคโนโลยีจะสามารถนำมาใช้อย่างแพร่หลาย
เทคโนโลยีนี้จะต้องไปอีกยาวไกล และจะทำในงานวิจัยในอนาคต ความสัมพันธ์ที่แตกต่างกันของการเปลี่ยนแปลงในการมีเม็ดสีของเนื้อเยื่อของผู้เข้าร่วม—ความหลากหลายของผู้เข้าร่วมมากขึ้นจะเป็นสิ่งที่จำเป็น
นักวิจัยกำลังสำรวจวิธีการปรับระบบให้เหมาะกับสีผิวที่แตกต่างกันโดยการปรับคุณสมบัติของโฟตอน แม้ว่าอาจจะนำความท้าทายทางเทคนิคใหม่ ๆ มาด้วย
การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ที่มีศักยภาพ
ความก้าวหน้านี้เปิดโอกาสที่น่าตื่นเต้นสำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์ Boas สนใจเป็นพิเศษในการวินิจฉัยโรคหลอดเลือดสมองอย่างรวดเร็ว - ปัจจุบันการระบุและรักษาโรคหลอดเลือดสมองอย่างรวดเร็วต้องใช้เครื่องสแกน CT หรือ MRI ราคาแพงที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ทันที เครื่องสแกนสมองด้วยแสงแบบพกพาสามารถให้การประเมินโรคหลอดเลือดสมองที่เร็วกว่าและเข้าถึงได้มากกว่า
เทคโนโลยีนี้ยังสามารถปฏิวัติการวินิจฉัยสุขภาพจิตโดยให้แพทย์มีวิธีที่ราคาประหยัดกว่าในการสังเกตรูปแบบกิจกรรมของสมอง ซึ่งแตกต่างจากวิธีการปัจจุบันที่แสดงเฉพาะกิจกรรมผิวหน้าสมอง วิธีการนี้อาจเปิดเผยกระบวนการสมองส่วนลึกที่เกี่ยวข้องกับภาวะสุขภาพจิตต่าง ๆ ได้
 |
|---|
| ภาพแสดงเส้นทางประสาทที่ซับซ้อนภายในสมอง สะท้อนถึงศักยภาพในการสังเกตกระบวนการของสมองในระดับลึกด้วยเทคโนโลยีการถ่ายภาพใหม่ |
การตอบสนองของชุมชนและแนวโน้มอนาคต
ชุมชนวิทยาศาสตร์แสดงทั้งความตื่นเต้นและความสงสัยอย่างสุขภาพดีต่อการวิจัยนี้ ผู้เชี่ยวชาญบางคนชี้ให้เห็นว่ากิจกรรมสมองส่วนใหญ่ที่น่าสนใจเกิดขึ้นในคอร์เทกซ์ - ชั้นนอกของสมอง - ซึ่งเทคโนโลยีที่มีอยู่สามารถเข้าถึงได้แล้ว ความท้าทายที่แท้จริงจะเป็นการพัฒนาวิธีการแยกแยะสัญญาณจากบริเวณสมองต่าง ๆ และสร้างภาพทางการแพทย์ที่มีประโยชน์จากแสงที่ส่งผ่าน
การวิจัยนี้เป็นตัวแทนของการพิสูจน์แนวคิดมากกว่าอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่สมบูรณ์ ความสำเร็จหลักของทีมคือการแสดงให้เห็นว่าการส่งแสงผ่านหัวของมนุษย์ทั้งหมดเป็นไปได้ แม้จะมีข้อสมมติฐานที่ตรงกันข้ามมานานหลายทศวรรษ รากฐานนี้สามารถเป็นแรงบันดาลใจให้กับอุปกรณ์ถ่ายภาพสมองรุ่นต่อไปที่รวมความประหยัดของ EEG เข้ากับความสามารถในการเจาะลึกของ MRI
แม้ว่าจะยังมีอุปสรรคทางเทคนิคที่สำคัญ โดยเฉพาะเรื่องความเข้ากันได้กับสีผิวและการประมวลผลสัญญาณ แต่ความก้าวหน้านี้พิสูจน์ว่าการวัดด้วยแสงที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้สามารถกลายเป็นความจริงได้ด้วยแนวทางและความมุ่งมั่นที่ถูกต้อง