Saintis di Boston University telah mencapai sesuatu yang sebelum ini dianggap mustahil: memancarkan cahaya sepenuhnya melalui kepala manusia. Kejayaan ini boleh membawa kepada teknologi pengimejan otak yang mudah alih dan mampu milik seperti mesin EEG, tetapi dengan keupayaan kedalaman seperti pengimbas MRI yang mahal.
Penyelidikan yang diketuai oleh Professor David Boas ini mewakili langkah besar ke hadapan dalam pengimejan otak optik. Pilihan pengimejan otak semasa adalah terhad - EEG murah dan mudah alih tetapi hanya menunjukkan aktiviti permukaan, manakala fMRI boleh melihat lebih dalam tetapi berharga jutaan dolar dan memerlukan mesin sebesar bilik.
Perbandingan Teknologi Pengimejan Otak Semasa:
- EEG: Mudah alih dan mampu milik, tetapi terhad kepada aktiviti otak permukaan sahaja
- fMRI: Penembusan otak yang mendalam, tetapi mahal (berjuta-juta USD) dan bersaiz bilik
- Kaedah optik baharu: Berpotensi menggabungkan kemampuan harga EEG dengan keupayaan kedalaman fMRI
- Aplikasi sasaran: Diagnosis strok, penilaian kesihatan mental, pemantauan aktiviti otak am
Cabaran Penghantaran Cahaya
Kepala manusia terkenal buruk dalam membenarkan cahaya melaluinya. Tengkorak dan tisu otak menyerakkan cahaya sedemikian rupa sehingga biasanya hanya kira-kira satu daripada sejuta foton berjaya dari satu sisi kepala ke sisi yang lain. Ini telah menjadi halangan utama yang menghalang pengimejan otak optik daripada mencapai kawasan otak yang lebih dalam.
Pasukan penyelidik menggunakan cahaya inframerah dekat pada panjang gelombang 800 nanometer daripada laser 1.2 watt. Mereka mengukur dengan teliti masa jutaan foton semasa bergerak melalui kepala subjek sukarelawan. Persediaan memerlukan ketepatan yang melampau - eksperimen terpaksa dijalankan dalam kandang kedap cahaya sepenuhnya yang dibina dengan papan buih hitam, lapisan kain, dan tirai keselamatan laser untuk mencegah sebarang cahaya liar daripada mengganggu isyarat yang sangat lemah.
Spesifikasi Teknikal:
- Panjang gelombang laser: 800 nanometer (inframerah dekat)
- Kuasa laser: 1.2 watt
- Kadar penghantaran cahaya: Kira-kira 1 dalam 1 juta foton
- Had semasa: Hanya berfungsi dengan baik pada ton kulit yang cerah
- Profil keselamatan: Sama seperti pendedahan cahaya matahari semula jadi pada panjang gelombang 800nm
Keselamatan dan Had Semasa
Kuasa laser yang digunakan dianggap selamat, kerana cahaya matahari secara semula jadi mengandungi panjang gelombang 800 nanometer yang serupa. Walau bagaimanapun, teknologi ini kini menghadapi had yang ketara: ia hanya berfungsi dengan boleh dipercayai pada orang yang berkulit cerah. Pasukan penyelidik mengakui ini adalah halangan besar yang perlu diatasi sebelum teknologi ini boleh diterima pakai secara meluas.
Teknologi ini akan mempunyai jalan yang panjang untuk dilalui, ia akan berbuat demikian dalam kerja masa depan. Hubungan berbeza variasi dalam pigmentasi tisu subjek—lebih banyak kepelbagaian subjek akan diperlukan.
Para penyelidik sedang meneroka cara untuk menyesuaikan sistem bagi ton kulit yang berbeza dengan melaraskan sifat foton, walaupun ini mungkin memperkenalkan cabaran teknikal baru.
Aplikasi Perubatan Berpotensi
Kejayaan ini membuka kemungkinan menarik untuk diagnosis perubatan. Boas amat berminat dengan diagnosis strok pantas - pada masa ini, mengenal pasti dan merawat strok dengan cepat memerlukan imbasan CT atau mesin MRI yang mahal yang tidak sentiasa tersedia dengan segera. Pengimbas otak optik mudah alih boleh memberikan penilaian strok yang lebih pantas dan mudah diakses.
Teknologi ini juga boleh merevolusikan diagnosis kesihatan mental dengan memberikan doktor cara yang lebih mampu milik untuk memerhati corak aktiviti otak. Tidak seperti kaedah semasa yang hanya menunjukkan aktiviti otak permukaan, pendekatan ini berpotensi mendedahkan proses otak yang lebih dalam yang terlibat dalam pelbagai keadaan kesihatan mental.
 |
|---|
| Visualisasi ini menggambarkan laluan neural yang rumit dalam otak, mencerminkan potensi untuk pemerhatian proses otak yang lebih mendalam dengan teknologi pengimejan baharu |
Respons Komuniti dan Pandangan Masa Depan
Komuniti saintifik telah menunjukkan keterujaan dan skeptisisme yang sihat tentang penyelidikan ini. Sesetengah pakar menyatakan bahawa kebanyakan aktiviti otak yang menarik sebenarnya berlaku dalam korteks - lapisan luar otak - yang teknologi sedia ada sudah boleh akses. Cabaran sebenar ialah membangunkan kaedah untuk membezakan isyarat daripada kawasan otak yang berbeza dan mencipta imej perubatan yang berguna daripada cahaya yang dihantar.
Penyelidikan ini mewakili bukti konsep dan bukannya peranti perubatan yang siap. Pencapaian utama pasukan ialah menunjukkan bahawa menghantar cahaya melalui keseluruhan kepala manusia adalah mungkin, walaupun andaian selama beberapa dekad sebaliknya. Asas ini boleh mengilhamkan generasi akan datang peranti pengimejan otak yang menggabungkan kemampuan EEG dengan penembusan kedalaman MRI.
Walaupun halangan teknikal yang ketara masih wujud, terutamanya sekitar keserasian ton kulit dan pemprosesan isyarat, kejayaan ini membuktikan bahawa pengukuran optik yang kelihatan mustahil boleh menjadi kenyataan dengan pendekatan dan keazaman yang betul.