Вертикальное устройство нейровизуализации, разработанное нейробиологами, физиками и инженерами Университета Западной Вирджинии, которое позволяет пациентам двигаться во время сканирования мозга, может помочь расставить приоритеты в развитии инструментов визуализации.

Исследователи протестировали свой прототип в реальных условиях, чтобы оценить его точность и определить потребности в улучшении. Прототип разрабатывается для решения проблем с традиционными сканерами позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), которые требуют, чтобы пациенты лежали неподвижно для получения изображений.

«Много ПЭТ-визуализации проводится в исследовательских или диагностических целях у пациентов с заболеваниями, вызывающими непроизвольные или неконтролируемые движения, такими как болезнь Паркинсона. Это затрудняет или делает невозможным тестирование таких пациентов, когда их симптомы становятся слишком серьезными, поскольку для обычной нейровизуализации требуется сохранять полную неподвижность».

«Кроме того, если вы хотите изучать поведение человека , например, ходьбу, задачи, вызывающие беспокойство, или даже зависимость, это устройство может предоставить способ получения изображений», — сказала Джули Брефчински-Льюис, доцент кафедры нейронауки Медицинской школы Западно-Вирджинского университета и Института нейронауки Рокфеллера.

«Это также полезно при визуализации для пациентов с когнитивными проблемами, такими как деменция, поскольку им трудно оставаться неподвижными и даже понимать инструкции, которые им нужно соблюдать, чтобы оставаться неподвижными, поэтому их обычно приходится анестезировать. Если мы хотим визуализировать их мозг, когда они бодрствуют и находятся в сознании, это также может быть способом сделать это».

Сканер представляет собой усовершенствованную версию более раннего прототипа, разработанного Брефчински-Льюис и ее командой.

Хотя обе версии являются шлемами, первая была тяжелее и позволяла лишь слегка двигать головой из стороны в сторону. Новая, называемая Ambulatory Motion-enabling PET, или AMPET, легче и облегает голову примерно так же, как каски строителей. Сбалансированная поддержка находится сверху.

«Что нам нравится в AMPET, так это то, что он движется вместе с головой, и вы можете находиться в реальной среде, где вы погружены, и ходить с ним», — сказала она. «В исследовании мы продемонстрировали, что когда пациенты ходят, он не движется относительно головы, и это позволило нам получить относительно чистое изображение. Мы также хотели увидеть, что следует улучшить нам или другим лабораториям, которые производят эти устройства».

Исследование , проведенное Брефчински-Льюис и ее коллегами из Медицинской школы, было опубликовано в журнале Communications Medicine .

«Целью этого исследования было то, что у нас есть эта новая технология, и мы можем моделировать ее на компьютере до тех пор, пока коровы не вернутся домой. Но пока вы не поработаете с реальными пациентами, вы не узнаете, как это на самом деле будет работать в реальном мире», — сказала она.

Доцент-исследователь WVU Джули Брефчински-Льюис (слева) и студенты Колсон Гловер (в центре) и Нанда К. Сива надеются, что их работа над вертикальным нейровизуализационным устройством, показанным здесь, расширит возможности исследования мозга в движении. Автор: (WVU/Davidson Chan)
Для тестирования прототипа команда привлекла амбулаторных пациентов-добровольцев, которые были запланированы на другие сканирования и уже получали лекарства, используемые для визуализации. Участники, оснащенные шлемом, ходили на месте, в то время как исследователи следили за переносимостью движения и оценивали нейронную активность в двигательных областях мозга.

«Мы наблюдали активность мозга в тех частях мозга, которые контролируют движения ног при ходьбе пациентов, что и было тем, что мы надеялись увидеть», — сказал Брефчински-Льюис.

Их выводы были дополнительно подтверждены наблюдением за одним пациентом, у которого был протез ноги от бедра до стопы. Его мозговая активность проявлялась преимущественно в области, которая представляла естественную ногу.

«Это было практически отдельное испытание, которого мы не ожидали», — сказала она.

Чтобы усовершенствовать прототип, исследователи хотят добавить систему отслеживания движения, а также сделать шлем больше, чтобы он мог визуализировать большую область мозга.

«Отслеживание движения уже реализовано для других технологий, поэтому нам остается только применить его к нашему устройству», — сказал Брефчински-Льюис. «Это поможет, потому что иногда мы пропускаем ту область мозга, которую хотим увидеть».

Брефчински-Льюис отметила, что помимо проведения визуализации у пациентов, которые не могут оставаться неподвижными, AMPET может быть полезен нейробиологам, изучающим поведение и действия человека с естественными движениями, такими как жесты, разговор и равновесие.

«Чтобы изучить равновесие, люди помещаются на МРТ в положении лежа и представляют, что они балансируют, что не то же самое, что реальное равновесие, или у них есть поверхностный томограф, который не захватывает глубокие структуры мозга», — пояснила она.

«Вы можете увидеть некоторые части мозга, но не его глубинные ядра, которые обычно больше связаны с такими вещами, как движение, равновесие, эмоции, память, страх и радость».

Брефчински-Льюис и ее команда предполагают, что в будущем AMPET будет использоваться для мониторинга активности мозга и предоставления лечения людям с посттравматическим стрессовым расстройством, изучения медитации осознанности и интеграции с технологиями виртуальной реальности.

«Чтобы иметь возможность визуализировать мозг в движении, мы показываем, что есть совершенно новая область, которая может открыться благодаря нашему устройству», — сказала она. «Мы можем расширить наши исследования нейровизуализации на естественное поведение человека — то, как мы взаимодействуем с миром и как мы взаимодействуем с другими».

В исследовании с Брефчински-Льюисом сотрудничали студенты Нанда К. Сива из Паркерсбурга и Колсон Гловер из Льюисбурга; Кейли Нотт из Пойнт-Плезанта, Западная Вирджиния, летняя стажировка в сети биомедицинских исследований IDeA Network of Biomedical Research Excellence; Александр Столин, Гэри Марано, Бенджамин Паркер, МэриБет Мандич и Джеймс У. Льюис, Медицинская школа Западного Вирджинского университета; Кристофер Бауэр, Соня Чанди, Си Гао и Хелен Мельник, выпускники университета; Стэн Маевски, бывший научный сотрудник Западного Вирджинского университета; и Цзиньи Ци.