Физики впервые пропустили свет сквозь голову человека

Факт прохождения света через кости черепа и ткани мозга считается важным научным прорывом.
Chizhevskaya Ekaterina/Shutterstock/FOTODOM

Исследователи из Университета Глазго нашли способ пропускать свет через голову человека — это впервые зафиксировано в научной практике. Работа опубликована в июньском выпуске журнала Neurophotonics.

Речь идет о применении ближнего инфракрасного лазера — технологии, которая может стать неинвазивной и портативной альтернативой громоздкому аппарату МРТ. В отличие от стандартной магнитно-резонансной томографии, новый метод потенциально позволяет «заглядывать» в мозг с помощью компактных систем, что особенно важно для выездной медицины и полевой диагностики.

Как это работает?

 
TCSPC (Time-Correlated Single Photon Counting, или корреляционный подсчет одиночных фотонов) это метод измерения времени, за которое фотоны проходят через среду, с очень высокой точностью. Он часто используется в научных экспериментах, например, в оптике, биофизике или квантовых исследованиях, чтобы изучать быстрые процессы, такие как движение света через ткани или материалы.
Фото: Neurophotonics
В эксперименте используется мощный импульсный лазер (1,2 Вт, длина волны 800 нм, импульсы длительностью 140 фемтосекунд, частота 80 МГц). Лазерный луч расширяется до равномерного круга диаметром 2,54 см и направляется на голову. На противоположной стороне головы фотодетектор (PMT), синхронизированный с лазером, измеряет время пролета фотонов с помощью системы TCSPC, создавая гистограмму.

Ученые направили инфракрасный лазер через голову человека и обнаружили, что свет не просто рассеивался случайным образом, а следовал предпочтительным оптическим путям — это открывает возможность получения более точных изображений структуры мозга в зависимости от положения головы и угла света.

Однако есть важное ограничение: из восьми добровольцев четкий результат получен только у одного человека — мужчины со светлой кожей и без волос. Это означает, что пока метод применим лишь в ограниченных условиях, и его необходимо доработать для более широкой группы пациентов.

Фото: Neurophotonics
Двумерная схема показывает 50 случайных траекторий фотонов, испущенных из источника, обозначенного стрелкой и красной зоной (диаметр 5,08 см), при его перемещении: сверху вниз по голове [(a)–(c)] и от передней части головы к затылку [(d)–(f)]. Панели (b) и (e) соответствуют примерным положениям источника и детектора в эксперименте. Над каждым изображением указано среднее время прохождения фотонов. Детектор (зеленая область) фиксирован на поверхности головы и не меняет положения.

Тем не менее, исследователи считают сам факт прохождения света через кости черепа и ткани мозга важным научным прорывом. Это доказывает, что такие лучи можно использовать без вреда для человека и без необходимости хирургического вмешательства.

«Мы видели, что лазер действительно проходит через голову и возвращается с достаточно информации для анализа. Это принципиально новый шаг для нейровизуализации», — говорится в заявлении авторов исследования.

Новая технология пока далека от клинического применения, но ее потенциал высок — особенно для раннего обнаружения заболеваний мозга и проведения диагностики там, где обычный МРТ недоступен.

Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram