Los avances recientes en las técnicas de imágenes cerebrales facilitan observaciones precisas y de alta resolución del cerebro y sus funciones. Por ejemplo, la espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS) es una técnica de imagen no invasiva ampliamente utilizada que emplea luz del infrarrojo cercano (longitud de onda >700 nm) para determinar la concentración relativa de hemoglobina en el cerebro, a través de diferencias en los patrones de absorción de luz de la hemoglobina. .
La mayoría de los sistemas de escaneo cerebral no invasivos usan fNIRS de onda continua, donde el tejido es irradiado por una corriente constante de fotones. Sin embargo, estos sistemas no pueden diferenciar entre fotones dispersos y absorbidos. Un avance reciente de esta técnica es el dominio del tiempo (TD)-fNIRS, que utiliza pulsos de luz de picosegundos y detectores rápidos para estimar la dispersión y absorción de fotones en los tejidos. Sin embargo, tales sistemas son costosos y complejos y tienen un factor de forma grande, lo que limita su adopción generalizada.
Para superar estos desafíos, los investigadores de Kernel, una empresa de neurotecnología, desarrollaron un auricular portátil basado en la tecnología TD-fNIRS. Este dispositivo, denominado “Kernel Flow”, pesa 2,05 kg y contiene 52 módulos dispuestos en cuatro placas que encajan a ambos lados del cabezal. Las especificaciones y el rendimiento del sistema Kernel Flow se informan en el Revista de óptica biomédica (JBO).
Los módulos de auriculares cuentan con dos fuentes de láser que generan pulsos de láser de menos de 150 picosegundos de ancho. Luego, los fotones se reflejan en un prisma y se combinan en una fuente de luz que dirige el haz hacia el cuero cabelludo. Después de pasar por el cuero cabelludo, los pulsos de láser son capturados por seis tubos de luz detectores cargados por resorte que tienen 2 mm de diámetro y luego se transmiten a seis detectores dispuestos hexagonalmente a 10 mm de la fuente de láser. Los detectores registran los tiempos de llegada de los fotones en histogramas y son capaces de manejar altas tasas de conteo de fotones (aquellas que exceden 1 × 109 cuentas por segundo).
Para demostrar su rendimiento, se utilizó el sistema Kernel Flow para registrar las señales cerebrales de dos participantes que realizaron una tarea de golpeteo con los dedos. Durante la sesión de prueba, se recopilaron histogramas de más de 2000 canales de todo el cerebro para medir los cambios en las concentraciones de oxihemoglobina y desoxihemoglobina.
Se encontró que el sistema coincidía con los sistemas TD-fNIRS convencionales. “Demostramos un rendimiento similar a los sistemas de sobremesa con nuestro dispositivo miniaturizado, caracterizado por protocolos estandarizados de tejidos y fantasmas ópticos para TD-fNIRS y resultados de neurociencia humana”, explica Ryan Field, director de tecnología de Kernel y autor correspondiente del estudio.
Si bien los resultados son prometedores, Field reconoce la necesidad de realizar más pruebas, ya que ciertos tipos de cabello y piel absorben la luz del infrarrojo cercano de manera diferente. “Actualmente estamos recopilando datos con Kernel Flow para demostrar aplicaciones adicionales de neurociencia humana. También estamos en el proceso de evaluar el rendimiento del sistema con diferentes tipos de cabello y piel”, dice.
Kernel Flow empaqueta sistemas TD-fNIRS a gran escala en una forma portátil, ofreciendo la próxima generación de dispositivos ópticos de imágenes cerebrales no invasivos. Los sistemas como Kernel Flow harán que la neuroimagen sea mucho más accesible, para permitir beneficios generalizados en la salud y la ciencia. Por ejemplo, la FDA autorizó recientemente un estudio que utiliza el sistema Kernel Flow para medir el efecto psicodélico de la ketamina en el cerebro.
El editor invitado de JBO, Dimitris Gorpas, del Centro Alemán de Investigación para la Salud Ambiental, comenta: “Este es el primer sistema TD-fNIRS portátil con cobertura de cabeza completa del mundo que mantiene o mejora el rendimiento de los sistemas de sobremesa existentes y tiene el potencial de lograr su misión de hacer que las mediciones neurológicas se generalicen. Tengo muchas ganas de ver lo que el cerebro aún tiene que revelar”.
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