Ben Rinehart (a sinistra) e Chien Poon, dottorato di ricerca studenti di ingegneria del Sunar Research Group, che ha recentemente pubblicato una ricerca che dimostra un nuovo approccio per misurare la connettività delle funzioni cerebrali. Credito:Wright State University
La misurazione del flusso sanguigno ottico nel cervello umano a riposo per rilevare l'attività spontanea è stata dimostrata per la prima volta dai ricercatori di imaging della Wright State University, promettendo un modo migliore per studiare le persone con autismo, Alzheimer e depressione.
Ulas Sunar, professore associato di biomedicina, ingegneria industriale e dei fattori umani, e il suo team di ricercatori hanno dimostrato che il contrasto del flusso sanguigno ottico misurato dalla spettroscopia di correlazione diffusa può essere utilizzato per rilevare la connettività funzionale dello stato di riposo (RSFC) nel cervello.
Il team di ricerca comprende Sunar, che ricopre la posizione di ricercatore dell'Ohio per l'imaging medico presso la Wright State, e i suoi ricercatori Chien Poon, giugno Li, Jeremy Kress e Dan Rohrbach.
I risultati del team sono stati recentemente pubblicati in una delle migliori riviste di ottica, il Giornale di Biofotonica, che copre la ricerca sulle interazioni tra luce e materiali biologici. Il lavoro è stato anche presentato nel Biophotonics.World, che serve la comunità biofotonica mondiale come punto di accesso centrale per le ultime notizie e articoli sui recenti sviluppi scientifici nel mondo accademico e industriale.
Il nuovo approccio ottico del team si basa sulla rilevazione della dispersione della luce dalle cellule del sangue in movimento e può quantificare il contrasto assoluto correlato al flusso sanguigno cerebrale. È una tecnica complementare alla spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso ampiamente nota che misura l'ossigenazione del sangue.
"Stiamo vedendo che il flusso sanguigno mostra un contrasto maggiore dell'ossigenazione nei nostri esperimenti di neuroimaging, " ha detto Sunar. "Sotto neuronale il cervello può chiedere più flusso sanguigno. Ecco perché il flusso sanguigno è un parametro importante per valutare la connettività funzionale dello stato di riposo del cervello umano. E anche la tecnica di imaging del flusso sanguigno è relativamente nuova. Il sistema personalizzato è stato costruito qui, dal mio dottorato studente Chien Poon, e abbiamo dimostrato per la prima volta l'approccio dello stato di riposo nel nostro campo".
I ricercatori hanno utilizzato il parametro del flusso sanguigno per quantificare l'RSFC in nove maschi adulti sani come studio di prova. La tecnica ha mostrato un'elevata connettività tra alcune aree del cervello e una bassa connettività tra altre aree. I risultati corrispondono a studi simili eseguiti in precedenza con altri metodi come la risonanza magnetica funzionale (fMRI).
Da sinistra:Dan Rohrbach, Ulas Sunar, Ben Rinehart e Chien Poon nel laboratorio del Sunar Research Group nel Neuroscience Engineering Collaboration Building. Credito:Wright State University
"Questi sono risultati entusiasmanti nel nostro campo poiché lo studio ha dimostrato il potenziale del metodo del flusso sanguigno ottico come mezzo non invasivo per valutare l'RSFC negli esseri umani, " Sunar ha detto a Biophotonics.World. "Il flusso sanguigno cerebrale è un parametro molto importante per la caratterizzazione delle malattie neuronali a causa del suo alto contrasto".
Gli studi RSFC sono uno strumento prezioso per studiare le persone con disturbi che possono rendere difficile l'esecuzione di compiti. Ma molte persone, come i bambini autistici, sono scarsi candidati per la valutazione RSFC mediante fMRI, che richiede loro di rimanere fermi per lunghi intervalli all'interno di uno spazio di imaging ristretto con un forte rumore dal magnete.
L'imaging ottico è molto adatto a queste persone perché è veloce e può essere eseguito da sonde ottiche che possono essere indossate dal paziente. I ricercatori si aspettano che questo alla fine diventi uno strumento molto utile per valutare in modo non invasivo la funzione cerebrale nei pazienti giovani e disabili.
Sunar ha affermato che la tecnologia potrebbe essere utilizzata anche per valutare le prestazioni umane per capire se un compito aumenta il flusso sanguigno cerebrale e l'attività neurale.
"Quando si esegue un compito, cosa succede al flusso sanguigno nel cervello?" ha detto. "C'è una relazione? La rete cerebrale è più connessa allo stato di riposo e allo stato di prestazione? Queste sono domande interessanti su cui indagare".
Il prossimo passo per il team di ricerca sarà modificare il sistema ottico per consentirgli di mostrare sia il flusso sanguigno che l'ossigenazione.
"Stiamo lavorando per combinare più contrasti di imaging per ottenere un quadro più completo della funzione cerebrale, " ha detto Sunar. "Per esempio, possiamo quantificare il tasso metabolico cerebrale del consumo di ossigeno combinando le misurazioni del flusso sanguigno e dell'ossigenazione. Questo approccio avrà un forte impatto in molti settori, dalla caratterizzazione delle malattie neurologiche in ambito clinico alla valutazione delle prestazioni umane rilevanti per la ricerca militare".
