英国グラスゴー大学の研究チームは、成人の頭蓋骨全体を貫通する光信号の検出に初めて成功し、大きな進歩を遂げた。Neurophotonics 誌に掲載されたこの最新の研究は、既存の光学脳イメージング技術の深さの限界を突破し、より深い脳組織を検出できる新しいデバイスにつながることが期待されています。
近赤外分光法 (fNIRS) は、脳機能を検出する非侵襲的手段として数十年にわたって使用されてきました。原理は、脳血流による特定波長の近赤外光の吸収変化を解析することで、間接的に神経活動を反映するというもの。
従来の fNIRS には携帯性と低コストという利点がありますが、重大な制限があります。光は脳表面の深さ約 4 センチメートルまでしか浸透できず、記憶、感情調節、運動機能などに密接に関連する脳深部領域に到達することが困難です。このため、高価でかさばる磁気共鳴画像法 (MRI) 装置に依存しない脳深部組織研究では技術的なボトルネックとなっていました。
この問題を克服するために、研究チームは革新的な実験計画を設計しました。それは、高出力パルスレーザーを光源として使用し、超高感度の単一光子検出器と組み合わせて、周囲光を厳密に遮断した条件下で測定を行うというものです。最終的に、彼らは頭の片側から入り、頭蓋骨全体を貫通し、反対側から出る微弱な光信号を記録することに成功した。
結果の信頼性を確保するために、研究チームは精密な人間の頭蓋骨貫通実験を実施しただけでなく、コンピューターシミュレーション技術を使用して、頭蓋骨の多層構造（頭皮、頭蓋骨、脳脊髄液、脳組織など）における光の伝播経路を完全に再構築しました。シミュレーション結果は実験データと非常に一致しており、重要な現象を明らかにしています。光子が複雑な脳組織を通過するとき、光子は脳脊髄液などの散乱係数が低い構造に沿って優先的に伝播します。
現在の技術にはまだ限界があります。1 回の検出プロセスに約 30 分かかり、被験者の肌の色が白く、毛のない領域である必要があります。この原理実証研究は、次世代 fNIRS システムの開発に新しい設計アイデアと物理的基盤を提供します。
研究チームは、光源、検出器、および関連アルゴリズムの継続的な反復最適化により、この透過型光学検出法がポータブルで経済的な脳深部イメージング ソリューションに発展すると予測しています。将来的には、この技術は、特に大型の MRI 装置が使用できない特殊なシナリオ (野外治療や資源に乏しい地域など) において、脳卒中、脳外傷、脳腫瘍、その他の疾患のベッドサイドまたは現場での迅速診断に適用される可能性があります。
