Mätning av optiskt blodflöde i den vilande mänskliga hjärnan för att upptäcka spontan aktivitet har för första gången demonstrerats av Wright State Universitys avbildningsforskare, håller ut ett löfte om ett bättre sätt att studera människor med autism, Alzheimers och depression.

Ulas Sunar, docent i biomedicin, industriell och mänsklig faktorteknik, och hans team av forskare har visat att optisk blodflödeskontrast mätt med diffus korrelationsspektroskopi kan användas för att detektera vilotillståndsfunktionell anslutning (RSFC) i hjärnan.

I forskargruppen ingår Sunar, som innehar den begåvade positionen som Ohio Research Scholar for Medical Imaging vid Wright State, och hans forskare Chien Poon, juni Li, Jeremy Kress och Dan Rohrbach.

Teamets resultat publicerades nyligen i en av de bästa optiska tidskrifterna, Journal of Biophotonics, täcker forskning om interaktioner mellan ljus och biologiska material. Verket har också varit med i Biophotonics.World, som tjänar det världsomspännande biofotoniksamhället som en central åtkomstpunkt för de senaste nyheterna och artiklarna om den senaste vetenskapliga utvecklingen inom akademi och industri.

Teamets nya optiska tillvägagångssätt är baserat på att detektera ljusspridning från rörliga blodkroppar och kan kvantifiera absolut cerebralt blodflödesrelaterad kontrast. Det är en komplementär teknik till allmänt känd funktionell nära infraröd spektroskopi som mäter blodets syresättning.

"Vi ser att blodflödet visar högre kontrast än syresättning i våra neuroimaging-experiment, "Sade Sunar. "Under neuronavfyrning kan hjärnan begära mer blodflöde. Det är därför blodflödet är en viktig parameter för att bedöma mänskliga hjärnans funktionella anslutningar i vilotillstånd. Och även blodflödesavbildningstekniken är relativt ny. Det anpassade systemet byggdes här, av min Ph.D. student Chien Poon, och vi demonstrerade vilotillståndsstrategin för första gången inom vårt område."

Forskarna använde blodflödesparameter för att kvantifiera RSFC hos nio friska vuxna män som en proof-of-concept-studie. Tekniken visade hög koppling mellan vissa områden i hjärnan och låg koppling mellan andra områden. Resultaten matchar liknande studier utförda tidigare med andra metoder som funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI).

"Detta är spännande resultat inom vårt område eftersom studien har bevisat potentialen hos optisk blodflödesmetod som ett icke-invasivt sätt att bedöma RSFC hos människor, Sunar berättade för Biophotonics.World. "Cerebralt blodflöde är en mycket viktig parameter för karakterisering av neuronal sjukdom på grund av dess höga kontrast."

RSFC-studier är ett värdefullt verktyg för att studera personer med störningar som kan göra det svårt att utföra uppgifter. Men många människor, som små autistiska barn, är dåliga kandidater för RSFC-bedömning av fMRI, vilket kräver att de håller stilla under långa intervaller i ett begränsat bildrum med högt ljud från magneten.

Optisk avbildning är mycket lämplig för sådana personer eftersom den är snabb och kan utföras av optiska prober som kan bäras av patienten. Forskarna förväntar sig att detta i slutändan kommer att bli ett mycket användbart verktyg för icke-invasiv bedömning av hjärnans funktion hos unga och funktionshindrade patienter.

Sunar sa att tekniken också kan användas för att bedöma mänsklig prestation för att förstå om en uppgift ökar cerebralt blodflöde och neural aktivitet.

"När en uppgift utförs, vad händer med blodflödet i hjärnan?" sa han. "Finns det ett förhållande? Är hjärnans nätverk mer sammankopplat i vilotillstånd och prestationstillstånd? Det är intressanta frågor att undersöka."

Nästa steg för forskargruppen blir att modifiera det optiska systemet så att det kan visa både blodflöde och syresättning.

"Vi arbetar med att kombinera flera bildkontraster för att få en mer komplett bild av hjärnans funktion, " sa Sunar. "Till exempel, vi kan kvantifiera hjärnans metaboliska hastighet av syreförbrukning genom att kombinera blodflödes- och syresättningsmätningar. Detta tillvägagångssätt kommer att ha stor inverkan på många områden, från neurologiska sjukdomskarakterisering i kliniska miljöer till att bedöma mänskliga prestationer som är relevanta för militär forskning."