Ученые из Университета Дьюка разработали сверхбыструю систему фотоакустической визуализации, способную фиксировать функциональные и молекулярные изменения при основных заболеваниях головного мозга. Фотоакустическая микроскопия, использующая лазерный свет, эффективнее других методов визуализации мозга, например фМРТ и позитронно-эмиссионной томографии.

С помощью этого метода исследователи уже смогли наблюдать волны деполяризации, исходящие в момент инсульта по всему мозгу. Функции этих волн плохо изучены, но они могут быть эффективным диагностическим инструментом при травмах и болезнях мозга.

Фотоакустическая микроскопия — метод визуализации мозга, который использует импульсы лазерного света, направляемые в орган. Импульсы вызывают ультразвуковую волну, которая улавливается для формирования изображения. Фотоакустическая микроскопия может использовать лазерный свет с различной длиной волны для воздействия на определенные структуры тела, вплоть до молекулярного уровня. Это означает, что таким методом можно измерять важные гемодинамические параметры, такие как оксигенация крови, кровоток и скорость метаболизма кислорода.

Недостаток метода — медленное сканирование. Эту проблему решили исследователи Института наук о мозге Дьюка, разработав сверхбыструю функциональную фотоакустическую микроскопию (UFF-PAM), которая работает в два раза быстрее, чем существующие системы. UFF-PAM позволяет визуализировать микроциркуляторное русло и функционирование головного мозга с широким полем зрения и высоким пространственным разрешением, чего не хватает другим методам визуализации, например позитронно-эмиссионной томографии, фМРТ и оптической микроскопии.

В эксперименте исследователи Дьюка использовали UFF-PAM для определения гемодинамических ответов на индуцированную гипоксию, гипотензию, вызванную нитропруссидом натрия, и инсульт в мозге мышей. UFF-PAM зафиксировал быстрые изменения всего мозга в режиме реального времени. Эксперимент с инсультом дал неожиданный результат. UFF-PAM обнаружил распространяющуюся волну деполяризации, исходящую из области инсульта по всему мозгу, вызывающую сужение кровеносных сосудов по мере ее распространения.

Волны деполяризации интересуют исследователей, поскольку их функция плохо изучена. Такие волны могут указывать на уровень тяжести травмы, что делает их потенциальным диагностическим
инструментом. Их природа также может дать ключ к разгадке типа и степени повреждения головного мозга, что позволит оптимизировать лечение. Команда Университета Дьюка рассматривает возможность использования UFF-PAM для изучения других заболеваний. Пока фотоакустическая микроскопия используется только на животных, но ученые планируют разработать портативный UFF-PAM для использования на людях.