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Hirnscanner der neuen Generation verwenden optische Technologie
Ein neuer optischer Ansatz für das Gehirn-Scanning ist im Vergleich zu bildgebenden Verfahren wie PET und MRI im Einklang mit einer neuen Studie. Mit winzigen LED-Leuchten, die verfolgen, was im Gehirn passiert, ist die Technologie strahlungsfrei und benötigt keine sperrigen Magnete.
In der Zeitschrift Natur PhotonikWissenschaftler der School of Medicine der Washington University in St. Louis (WUSTL), MO, berichten, wie sie die neue Technologie - die sogenannte diffuse optische Tomographie (DOT) - mit der funktionellen MRT (fMRT) verglichen haben.
Wissenschaftler entwickeln seit mehr als 10 Jahren DOT, aber seine Verwendung war meist auf die Forschung beschränkt, da es nur in der Lage war, kleine Regionen des Gehirns gleichzeitig zu scannen. Die Autoren dieser neuen Studie glauben jedoch, dass DOT jetzt Potenzial als Ersatz für fMRT aufweist.
Das neue DOT-System deckt zwei Drittel des Schädels ab und kann zum ersten Mal Hirnaktivität in verschiedenen Regionen und Netzwerken erfassen, einschließlich derjenigen, die an Sprache und Selbstreflexion beteiligt sind. Senior-Autor Joseph Culver, außerordentlicher Professor für Radiologie, erklärt:
"Mit der verbesserten Bildqualität des neuen DOT-Systems kommen wir der Genauigkeit der fMRT viel näher. Wir haben eine Detailgenauigkeit erreicht, die optische Neuroimaging in der Forschung und Klinik viel nützlicher machen könnte."
Das Team sagt, dass DOT ideal für Kinder ist, da sich Patienten während des Scannens frei bewegen können. Es ist auch ideal für Patienten mit Herzschrittmachern, Cochlea-Implantaten, Tiefenhirnstimulatoren (zur Behandlung von Parkinson-Erkrankungen) und anderen implantierten Geräten. MRI verwendet Magnetfelder, die solche Geräte stören oder unsicher machen können. Mit DOT gibt es keine solche Gefahr.
Dank der portablen Technologie von DOT kann der Scanner zum Patienten gebracht werden
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass DOT portabel gestaltet werden kann, so dass der Scanner zum Patientenbett oder in den Operationssaal gebracht werden kann.
Die gesamte Einheit nimmt einen Platz ein, der ein wenig größer ist als eine altmodische Telefonzelle, in der der Patient eine Kappe trägt, die mit Lichtquellen und Sensoren bedeckt ist, die an Kabel angeschlossen sind. Die Forscher haben jedoch auch Versionen auf Wagen montiert und arbeiten weiter an neuen Wegen, um die Technologie noch tragbarer zu machen.
DOT arbeitet, indem es das mit Sauerstoff angereicherte Blut verfolgt, um die aktiven Bereiche des Gehirns zu versorgen - ähnlich wie wenn unsere Wangen rot werden, wenn wir rot werden. Licht, das durch den Kopf übertragen wird, ändert seine Farbe, wenn es durch das Gehirngewebe mit verschiedenen Mengen von Blut fließt, und DOT nimmt die dynamischen Veränderungen in den Farben auf.
Eine andere Scanning-Methode, die üblicherweise zur Kartierung der Gehirnaktivität verwendet wird, ist die Positronen-Emissions-Tomographie oder PET, die Strahlung verwendet. Die Anzahl der Patienten, die sich einer PET-Untersuchung unterziehen können, ist jedoch aufgrund der Strahlenexposition begrenzt.
DOT verwendet keine Strahlung, so dass mehrere Scans im Laufe der Zeit verwendet werden könnten, um Patienten mit Hirnverletzungen, Autismus oder progressiven Hirnerkrankungen wie Parkinson zu überwachen.
Studie zeigt, dass DOT im Vergleich zu fMRI positiv ist
In einem Test nahmen die Forscher DOT- und fMRI-Scans der gleichen Probanden und suchten nach Broca-Bereich, einem Schlüsselbereich des Frontallappens, der in Sprache und Sprache verwendet wird. Zwischen der durch DOT identifizierten Hirnregion und der durch fMRI identifizierten Hirnregion lag eine ungefähre Überlappung von 75% vor.
Die Autoren der neuen Studie glauben, DOT zeigt nun Potenzial als Ersatz für fMRI.
In einem anderen Test verwendeten sie DOT und fMRI, um Gehirnnetzwerke zu erkennen, die während Ruhe oder "Tagträumen" aktiv sind. Diese Gebiete stoßen auf zunehmendes Forschungsinteresse und wurden mit Autismus, Alzheimer und Schizophrenie in Verbindung gebracht. DOT und fMRI haben den gleichen Cluster von drei Regionen in beiden Hemisphären ausgewählt, bemerken die Forscher.
Obwohl DOT nicht aufdecken kann, was tief im Inneren des Gehirns passiert, ist es bis zu einer Tiefe von einem Zentimeter zuverlässig, sagen die Autoren. Aber innerhalb dieses einen Zentimeters liegen einige der wichtigsten und interessantesten Teile des Gehirns, einschließlich Regionen, die sich mit Gedächtnis, Sprache und Selbsterkenntnis befassen.
Mittel aus den National Institutes of Health, dem McDonnell Center for Systems Neuroscience und anderen Quellen halfen bei der Finanzierung der Studie.
Prof. Culver und WUSTL haben auch eine finanzielle Beteiligung an einem Unternehmen erklärt, für das die Universität eine entsprechende optische Bildverarbeitungstechnologie lizenziert hat.
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