Vakarų Virdžinijos universiteto neurologų, fizikų ir inžinierių sukurtas vertikalus neurovaizdavimo prietaisas, leidžiantis pacientams judėti, kai jiems atliekama smegenų skenavimas, galėtų padėti nustatyti vaizdo gavimo priemonių evoliucijos prioritetus.
Tyrėjai išbandė savo prototipą realiame pasaulyje, kad įvertintų jo tikslumą ir nustatytų tobulinimo poreikius. Prototipas sukurtas siekiant išspręsti problemas, susijusias su tradiciniais pozitronų emisijos tomografijos (PET) skaitytuvais, dėl kurių pacientai turi gulėti ramiai, kad būtų galima atlikti vaizdą.
„Daug PET tyrimų atliekama tiriant ar diagnozuojant pacientus, sergančius ligomis, sukeliančiomis nevalingus ar nekontroliuojamus judesius, pvz., Parkinsono liga. Dėl to sunku arba neįmanoma ištirti šiuos pacientus, kai jų simptomai tampa per sunkūs, nes įprastiems smegenų vaizdams reikia likti. Be to, jei norite ištirti žmonių elgesį, pvz., vaikščiojimą, nerimą sukeliančias užduotis ar net priklausomybę, šis prietaisas gali padėti sukurti vaizdą“, – sakė Julie Brefczynski-Lewis. WVU Medicinos mokyklos Neurologijos katedros ir Rokfelerio neuromokslų instituto mokslinis docentas.
„Tai taip pat naudinga atliekant vaizdavimą pacientams, turintiems kognityvinių problemų, tokių kaip demencija, nes jiems sunku išlikti ramiai ir net suprasti nurodymus, kaip išlikti ramiai, todėl paprastai juos reikia anestezuoti. Jei norime pavaizduoti jų smegenis, kol jie budi ir budrus, tai taip pat būtų būdas tai padaryti“.
Skaitytuvas yra ankstesnio Brefczynski-Lewis ir jos komandos prototipo atnaujinimas, sukurtas finansuojant Vakarų Virdžinijos klinikinių ir vertimo mokslų institutą.
Nors abi versijos yra šalmai, pirmoji buvo sunkesnė ir leido tik šiek tiek pajudinti galvą iš vienos pusės į kitą. Naujasis, vadinamas ambulatorinį judesį įgalinančiu PET arba AMPET, yra lengvesnis ir priglunda prie galvos panašiai kaip dėvi kietas skrybėles statybininkai. Subalansuota atrama yra viršuje.
„Mums patinka AMPET tai, kad jis juda kartu su galva, o jūs galite būti tikroje aplinkoje, kurioje esate panirę ir vaikščioti su juo“, – sakė ji. „Tyrimo metu parodėme, kad kai pacientai vaikšto, jis nejuda galvos atžvilgiu ir tai leido mums gauti gana švarų vaizdą. Taip pat norėjome sužinoti, ką reikėtų patobulinti mums ar kitoms laboratorijoms, kurios gamina. šiuos įrenginius“.
Tyrimas, kurį atliko Brefczynski-Lewis ir kolegos iš Medicinos mokyklos, buvo paskelbtas žurnale Nature Communications Medicine.
„Šio tyrimo tikslas buvo: mes turime šią naują technologiją ir galime ją modeliuoti kompiuteriu, kol karvės grįš namo. Tačiau kol nedirbate su tikrais pacientais, nežinote, kaip tai iš tikrųjų veikia realiame pasaulyje. “, – sakė ji.
Norėdami išbandyti prototipą, komanda įdarbino savanorius ambulatorinius pacientus, kuriems buvo paskirti kiti skenavimai ir kurie jau gavo vaistus, naudojamus vaizdavimui. Dalyviai, užsidėję šalmą, vaikščiojo vietoje, o tyrėjai stebėjo judesių toleranciją ir vertino nervų veiklą su motoriniais smegenų regionais.
„Mes stebėjome smegenų veiklą tose smegenų dalyse, kurios kontroliuoja kojų judesius pacientams einant, o tai buvo tai, ką tikėjomės pamatyti”, – sakė Brefczynski-Lewisas.
Jų išvados dar labiau patvirtintos stebint vieną pacientą, kuris protezavo koja nuo klubo iki pėdos. Jo smegenų veikla daugiausia buvo rodoma toje srityje, kuri reprezentavo natūralią koją.
„Tai buvo beveik atskiras išbandymas, kurio nesitikėjome“, – sakė ji.
Siekdami patobulinti prototipą, mokslininkai nori pridėti judesio sekimo sistemą, taip pat padidinti šalmą, kad jis galėtų pavaizduoti didesnę smegenų sritį.
„Judesio sekimas jau sukurtas kitoms technologijoms, todėl tereikia jį pritaikyti mūsų įrenginiui“, – sakė Brefczynski-Lewisas. „Tai padės, nes kartais praleidžiame smegenų sritį, kurią norime matyti“.
Brefczynski-Lewisas teigė, kad AMPET gali būti naudingas ne tik pacientams, kurie negali išlikti ramiai, bet ir neurologams, tyrinėjantiems žmogaus elgesį ir veiklą su natūraliais judesiais, tokiais kaip gestai, pokalbis ir pusiausvyra.
„Siekdami ištirti pusiausvyrą, MRT žmonės gulėjo ir įsivaizdavo, kad balansuoja, o tai nėra tas pats, kas iš tikrųjų balansuoja, arba jie turi paviršiaus vaizdo aparatą, kuris neužfiksuoja giliųjų smegenų struktūrų“, – paaiškino ji. „Galite matyti kai kurias smegenų dalis, bet ne gilias pagrindines smegenų dalis, kurios paprastai yra labiau susijusios su tokiais dalykais kaip judėjimas, pusiausvyra, emocijos, atmintis, baimė ir džiaugsmas.
Ateityje Brefczynski-Lewis ir jos komanda numato, kad AMPET bus naudojamas stebėti smegenų veiklą ir gydyti žmones, sergančius PTSD, studijuoti sąmoningumo meditaciją ir integruotis su virtualios realybės technologijomis.
„Kad galėtume pavaizduoti judančias smegenis, parodome, kad dėl mūsų įrenginio gali atsiverti visiškai naujas laukas“, – sakė ji. „Mes galime išplėsti savo neurovaizdinius tyrimus, kad apimtų natūralų žmonių elgesį – kaip mes bendraujame su pasauliu ir kaip bendraujame su kitais.
Tyrime su Brefczynski-Lewis bendradarbiavo studentai Nanda K. Siva iš Parkersburgo ir Colsonas Gloveris iš Lewisburgo; Kaylee Nott iš Point Pleasant, Vakarų Virdžinija IDeA Biomedicininių tyrimų meistriškumo tinklo vasaros praktikantė; Aleksandras Stolinas, Gary Marano, Benjaminas Parkeris, MaryBeth Mandich ir Jamesas W. Lewisas, WVU medicinos mokykla; Christopheris Baueris, Sonia Chandi, Si Gao ir Helen Melnick, universiteto alumnai; Stan Majewski, buvęs WVU mokslininkas; ir Jinyi Qi.
