Впервые ультразвуковая визуализация была использована для наблюдения за мозгом пациента вне больничных условий, когда тот выполнял задачи, такие как игра на гитаре и видеоигры. Это стало возможным благодаря краниальному протезу, который обеспечивает “окно” в черепе, через которое ультразвук беспрепятственно проходит. Этот прорыв в исследовании мозга открывает новые возможности для диагностики заболеваний мозга и даже создания интерфейса “мозг-компьютер”, который позволит пациентам управлять курсором на экране лишь с помощью мыслей.
Исследование, описанное в журнале Science Translational Medicine, представляет собой шаг вперед в понимании работы мозга. Несмотря на развитие технологий, полное взаимодействие мозга с внешними устройствами, такими как роботизированные руки или компьютеры, сталкивается с трудностями из-за сложности структуры мозга и его костной защиты – черепа.
На протяжении восьми лет Михаил Шапиро, профессор химической и медицинской инженерии в Калтехе, и его коллеги работали над использованием функциональной ультразвуковой визуализации как интерфейса “мозг-компьютер”. Ультразвук позволяет видеть изменения в объеме крови, которые происходят в тех участках мозга, где нейроны активны. Ранее исследования на приматах показали, что данные ультразвука могут интерпретировать намерения мозга ещё до выполнения соответствующих действий.
Теперь команда продемонстрировала, что это возможно и у людей. В эксперименте использовался имплант, который заменяет часть черепа и позволяет ультразвуку проникать к мозгу. У пациента, которому установили этот имплант, во время выполнения простых задач, таких как управление джойстиком и игра на гитаре, измерялась активность мозга с высокой точностью.
Преимущества ультразвука
Ультразвук имеет значительные преимущества перед другими методами визуализации мозга, такими как МРТ. Он портативен, стоит дешевле и позволяет наблюдать за активностью мозга, когда пациент бодрствует и ведёт активную деятельность. Это открывает новые горизонты для исследований, диагностики и терапии.
Установка краниального импланта менее инвазивна по сравнению с имплантацией электродов в мозг. Имплант ставится на поверхность мозга, что снижает риск инфекции, при этом ультразвук позволяет исследовать большую область мозга.
Будущее применения
Этот метод может быть полезен для множества пациентов, которым требуется удаление части черепа по медицинским показаниям. Он не только улучшает диагностику и лечение, но и создаёт предпосылки для разработки новых технологий взаимодействия мозга с устройствами.