O nouă cercetare oferă una dintre cele mai clare imagini ale creierului în dezvoltare al copiilor mici, cu ajutorul unui scaner cerebral portabil care poate cartografia activitatea electrică a creierului. Abordarea deschide noi posibilităţi de urmărire a modului în care etapele critice ale dezvoltării, cum ar fi mersul şi vorbitul, sunt susţinute de schimbarea funcţiei creierului, precum şi a modului în care apar afecţiunile neurodezvoltării, cum ar fi autismul.
O echipă de cercetători, condusă de oameni de ştiinţă de la Facultatea de Fizică şi Astronomie a Universităţii Nottingham, din Marea Britanie, a folosit un model nou de scaner de magnetoencefalografie (MEG) pentru a măsura electrofiziologia creierului la copii de numai doi ani.
Celulele cerebrale funcţionează şi comunică prin producerea de impulsuri electrice. Acestea generează câmpuri magnetice minuscule care pot fi detectate în afara capului.
Cercetătorii au folosit noul lor sistem pentru a măsura aceste câmpuri şi modelarea matematică pentru a transforma aceste câmpuri în imagini de înaltă fidelitate care arată, milisecundă cu milisecundă, ce părţi ale creierului sunt angajate atunci când ne asumăm sarcini.
Scanerul cerebral portabil se bazează pe tehnologia cuantică şi utilizează senzori de mărimea unei piese LEGO - numiţi magnetometre cu pompare optică (OPM) - care sunt încorporaţi într-o cască uşoară pentru a măsura câmpurile generate de activitatea cerebrală.
Designul unic înseamnă că sistemul poate fi adaptat pentru a se potrivi oricărui grup de vârstă, de la copii mici la adulţi.
Senzorii pot fi plasaţi mult mai aproape de cap, îmbunătăţind calitatea datelor. De asemenea, sistemul permite persoanelor să se mişte în timp ce îl poartă, ceea ce îl face ideal pentru scanarea copiilor cărora le este greu să rămână nemişcaţi în scanerele convenţionale.
Un grup de 27 de copii (cu vârste cuprinse între 2 şi 13 ani) şi 26 de adulţi (cu vârste cuprinse între 21 şi 34 de ani) au luat parte la studiul care a examinat o componentă fundamentală a funcţiei cerebrale numită „oscilaţii neuronale” (sau unde cerebrale).
Diferite zone ale creierului sunt responsabile pentru diferite aspecte ale comportamentului, iar oscilaţiile neuronale promovează comunicarea între aceste regiuni.
Echipa de cercetători a măsurat modul în care această conectivitate se modifică pe măsură ce creştem şi cum creierul nostru utilizează explozii scurte şi punctuale de activitate electrofiziologică pentru a inhiba reţelele de regiuni cerebrale şi, în consecinţă, pentru a controla modul în care suntem atenţi la stimulii senzoriali care ne parvin.
„Sistemul portabil deschide noi oportunităţi de a studia şi înţelege creierul copiilor la vârste mult mai mici decât era posibil anterior cu MEG. Există motive importante pentru a trece la participanţi mai tineri: din punct de vedere neuroştiinţific, multe repere critice în dezvoltare au loc în primii ani (chiar luni) de viaţă. Dacă putem folosi tehnologia pentru a măsura activităţile cerebrale care stau la baza acestor etape de dezvoltare, acest lucru ar oferi noi cunoştinţe despre funcţia creierului”, a declarat într-un comunicat dr. Lukas Rier de la Facultatea de Fizică şi Astronomie a Universităţii Nottingham.
Cercetarea, care a fost finanţată de Consiliul de Cercetare în Inginerie şi Fizică (EPSRC), a inclus colaboratori academici de la Spitalul SickKids din Toronto, Canada, şi parteneri industriali de la compania americană de dispozitive atomice QuSpin şi de la compania Cerca Magnetics Limited din Nottingham.
Potrivit autorilor, acest studiu este primul de acest gen care utilizează tehnologia MEG portabilă şi oferă o platformă pentru a lansa noi cercetări clinice în domeniul tulburărilor pediatrice.
Aceasta înseamnă că oamenii de ştiinţă pot explora nu numai dezvoltarea sănătoasă a creierului, ci şi substraturile neuronale care stau la baza dezvoltării atipice la copii.
„Acest studiu este primul care demonstrează că putem urmări dezvoltarea creierului de la o vârstă foarte fragedă. Acest lucru este extrem de interesant pentru posibila translatare în cercetarea clinică, iar lucrări precum aceasta ne ajută să înţelegem cum se dezvoltă autismul”, a declarat un alt autor al lucrării, dr. Margot Taylor, un specialist în neuroştiinţe de renume mondial care conduce cercetările în domeniul autismului în Toronto.
Universitatea a lansat o companie spin-out Cerca Magnetics în 2020 pentru a comercializa scanerele OPM-MEG şi tehnologiile conexe.
Sistemul portabil a fost instalat într-o serie de instituţii de cercetare de profil înalt din întreaga lume, inclusiv în spitalul SickKids din Toronto.
Echipele de cercetare din ambele instituţii lucrează acum împreună pentru a extinde volumul de date privind dezvoltarea neurologică, atât în ceea ce priveşte funcţiile cerebrale sănătoase, cât şi cele atipice.
Cercetarea a fost publicată marţi, în revista eLife.
Foto articol: Imagine cu un copil care poartă unul dintre scanerele cerebrale MEG-OPM de tip cască. Credit: Universitatea din Nottingham, iunie 2024.
