Grundlegend neue MRT-Verfahren entwickelt zur Messung von Gehirn-Funktion in Millisekunden

Die Geschwindigkeit des menschlichen Gehirns ist bemerkenswert—in einem Bruchteil einer Sekunde, sind die Neuronen aktiviert, die Propagierung von Gedanken und Reaktionen auf Reize. Aber die Geschwindigkeit, in der wir nichtinvasiven Folgen die Funktion des Gehirns mit Hilfe einer MRT ist nicht so beeindruckend. Funktionelle MRT (fMRT), die Maßnahmen, die Veränderungen im Blut Sauerstoff-Niveaus, die revolutioniert hat, das Feld der Neurowissenschaften, indem er die funktionalen Aspekte des Gehirns. Aber die Veränderungen, die fMRT ist empfindlich und kann bis zu sechs Sekunden in die Menschen—ein wahres eon im Gehirn Zeit. Forscher aus Brigham and Women ’s Hospital, in Zusammenarbeit mit Kollegen am King‘ s College London und INSERM-Paris, haben entdeckt, eine grundlegend neue Methode zur Messung der Hirnfunktion verwenden eine Technologie, bekannt als Magnet-Resonanz-Elastographie (MRE), ein Ansatz, erstellt Karten von Gewebe Steifigkeit mit einem MRI-scanner. In einem Papier veröffentlicht in der Wissenschaft Fortschritte, die das team präsentiert Daten aus präklinischen Studien, dass die Technik, die Sie verfolgen können, die Funktion des Gehirns Aktivitäten auf einer Zeitskala von 100 Millisekunden. Studien der Technik in die menschlichen Teilnehmer sind nun im Gange.

„Was reizt mich am meisten ist, dass dies eine völlig neue Methode, und ich war schon immer fasziniert von neuer Wissenschaft“, sagte co-entsprechenden Autor Sam Patz, Ph. D., Physiker in der Abteilung von Brigham ‚ s Abteilung für Radiologie und professor für Radiologie an der Harvard Medical School. Diese Arbeit, die begann als eine Vermutung, und wird zurzeit getragen durch rigorose Experimente, stellt die gemeinsame Arbeit in einem internationalen team spezialisiert auf die Verfolgung dieser neuen Art der Bildgebung Gehirn-Funktion. „Die Daten, die wir veröffentlichen bezogen wurde, bei Mäusen, aber die übersetzung dieser Technologie auf den Menschen ist unkompliziert und erste Studien sind derzeit im Gange.“

Diese Arbeit ist das Ergebnis einer fünfjährigen Zusammenarbeit zwischen Patz, co-entsprechenden Autor Ralph Sinkus Ph. D., und viele andere. Sinkus, ein Physiker und professor am King ‚ s College London und INSERM Paris, ist ein Pionier im Bereich der MRE und spielte eine entscheidende Rolle im helfen, erhalten das EMR-Forschung-Programm begann für die präklinische Prüfung in Patz Boston-basierte Labor sowie bei der Durchführung der Forschung berichtet. Beide Patz und Sinkus Punkt zu jedem anderen als ein Beispiel, wie eine echte Zusammenarbeit funktionieren sollte.

Obwohl zunächst interessiert an der Anwendung von MRE in die Lunge, entschied sich das team auch führen Sie scans des Gehirns. Die Ergebnisse aus diesen scans zeigten überraschendes: Die akustischen Kortex wurde Versteifung, ohne ersichtlichen Grund. „Diese Ergebnisse waren so unerwartet, dass wir hatten, Sie zu verfolgen, und diese Beobachtung ist das, was löste alles andere“, sagte Sinkus. „Es ist ein echtes Interesse an der Wissenschaft, die dieses geschehen.“

Auf eine Ahnung, Patz gesteckt einer der Maus die Gehörgänge mit einem gel. Sicher genug, als er nahm einen weiteren „elastogram“ Bild von der Maus, das Gehirn, er konnte sehen, dass die auditorischen Kortex auf der Seite des Gehirns, der die verarbeiteten sound von diesem Ohr hatte begonnen zu erweichen. In wiederholten präklinischen Studien, ist in dieser ersten Beobachtung wurde repliziert, die zeigen, welche Regionen des Gehirns versteifen oder erweichen unter verschiedenen Arten von stimulus-timing.

„Die verblüffende Neuheit dieses Ansatzes ist, dass die Versteifung/Enthärtung von bestimmten Gehirn-Regionen, die weiterhin besteht, auch wenn die Reize so kurz als 100 Millisekunden präsentiert werden, um die Maus,“ sagte Patz.

Beide Sinkus und Patz vereinbart, dass die änderungen in der Steifigkeit parallel neuronale Aktivität, die es einem ermöglichen, zu „sehen, das Gehirn denkt“ nahezu in Echtzeit.

Nun ist das team daran interessiert, mit MREs zu beobachten neuronaler Aktivität im menschlichen Gehirn, das könnte Auswirkungen für die Diagnose und das Verständnis neurologischer Krankheiten, in denen die neuronale Aktivität kann verlangsamt werden, gestört unsere umgeleitet—wie Alzheimer, Demenz, multiple Sklerose oder Epilepsie.

Der team-Ansatz neuartige hardware zu induzieren Schwingungen in das Gehirn—ein wesentlicher Bestandteil zur Messung Gehirn Steifigkeit mittels MRT. Patz vergleicht die Elastographie Vorrichtung zum halten einer elektrischen Zahnbürste gegen den Kopf, um winzige mechanische Wellen, die Reise durch das Gehirn. Standard MRE Methode wurde verwendet, um zu Messen, die Wellen, als Sie Reise durch das Gehirn, aber einen neuen mathematischen Ansatz, indem Sie die Sinkus Gruppe wurde implementiert, um das erstellen der elastogrammen aus den roh-Daten. Außerdem verwendete das team eine neue MRE-Protokoll zu vergleichen, die Steifigkeit des Gehirns in zwei verschiedenen Zuständen entsprechen, die auf einen stimulus angewendet oder nicht angewendet, um das Hinterbein in Mäusen. Die Forscher präsentieren Daten, die zeigen, dass die Modulation des stimulus beeinflusst die Position, die phase und die Intensität der Elastizität Veränderungen gesehen, im Gehirn, das heißt, Sie können visualisieren die regionalen Reaktionen im Gehirn, wie Sie sich entfalten bei hoher Geschwindigkeit.