Chiếu sáng xuyên não - bước tiến trong chụp ảnh thần kinh không xâm lấn

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Neurophotonics bởi nhóm tác giả thuộc Đại học Glasgow, mở ra khả năng phát triển các thiết bị chụp ảnh não không xâm lấn, giá rẻ và dễ tiếp cận hơn.

Trước đây, quang phổ cận hồng ngoại chức năng (fNIRS) là kỹ thuật di động và tiết kiệm chi phí nhất để theo dõi hoạt động não. Tuy nhiên, nó chỉ cho phép thăm dò các lớp ngoài của não bộ, giới hạn ở độ sâu khoảng 40 mm. Để nghiên cứu các vùng sâu hơn, vốn liên quan đến trí nhớ, cảm xúc hay vận động, các nhà khoa học buộc phải sử dụng những thiết bị đắt đỏ và cồng kềnh như máy cộng hưởng từ chức năng (fMRI).

Nhằm khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã điều chỉnh fNIRS bằng cách tăng cường độ tia laser hồng ngoại gần (vẫn đảm bảo an toàn cho người tham gia) và sử dụng các máy dò có độ nhạy cao. Trong một thí nghiệm kiểm soát chặt chẽ, họ chiếu chùm laser vào một bên đầu và đặt máy dò ở phía đối diện, đồng thời loại bỏ ánh sáng nhiễu từ môi trường bên ngoài.

Dù chỉ có một lượng nhỏ photon xuyên qua được toàn bộ hộp sọ và não để đến đầu bên kia, đây vẫn là minh chứng đầu tiên cho thấy ánh sáng có thể đi từ bên này sang bên kia đầu người trưởng thành. Quá trình này thành công ở một người đàn ông da trắng, không có tóc, với thời gian quét khoảng 30 phút.

Song song với thí nghiệm, các nhà khoa học cũng xây dựng mô hình máy tính dựa trên các bản quét đầu 3D để mô phỏng đường đi của ánh sáng. Kết quả mô phỏng khớp với dữ liệu thực nghiệm, xác nhận độ tin cậy của phát hiện này. Điều thú vị là ánh sáng không phân tán ngẫu nhiên mà di chuyển theo các "đường dẫn ưu tiên", chẳng hạn qua các khoang chứa dịch não tủy, nơi có độ tán xạ thấp hơn.

"Tùy theo vị trí chiếu tia laser trên đầu, các nhà khoa học có thể tập trung ánh sáng vào những vùng não sâu cụ thể để khảo sát kỹ hơn", nhóm nghiên cứu nhận định.

Họ cũng cho rằng công nghệ quang học này có thể trở thành cầu nối giữa các thiết bị giá rẻ như điện não đồ (EEG) và các hệ thống hiện đại, độ phân giải cao như fMRI.

Tuy còn nhiều hạn chế về thiết lập và thời gian quét, nghiên cứu cho thấy một bước tiến lớn trong việc cải tiến fNIRS, vốn được đánh giá cao vì tính di động và giá thành thấp. Với sự phát triển hơn nữa, kỹ thuật mới có thể mang lại khả năng chẩn đoán và theo dõi các bệnh lý như đột quỵ, chấn thương sọ não hoặc khối u não tại những nơi thiếu thốn thiết bị y tế hiện đại.

Theo các tác giả, dù còn cách xa ứng dụng thực tiễn, kết quả này đặt nền móng cho thế hệ tiếp theo của các thiết bị fNIRS, cho phép khám phá sâu hơn vào não bộ mà không cần mở hộp sọ. Điều đó giúp ngành thần kinh học tiếp cận gần hơn với mục tiêu lâu dài: hiểu sâu về não người trong mọi giai đoạn cuộc sống, từ trẻ sơ sinh đến tuổi già, mà không gây tổn hại cơ thể.