تا حالا فکر کردی دانشمندها چجوری می‌تونن عمق مغز رو ببینن؟ مثلاً بخوان سلول‌های هیپوکامپ یا قسمت‌های خیلی زیر و درشت مغز رو بررسی کنن، معمولاً با میکروسکوپ‌های نوری پیش میرن. اما یه مشکل بزرگ دارن: هرچی بخوان عمیق‌تر برن، تصویرشون ضعیف‌تر و تارتر میشه و جزئیات رو از دست میدن.
ولی اخیراً یه تیم باحال از دانشمندها و مهندسای MIT اومدن یه کار عجیب کردن. اونا یه میکروسکوپ ساختن که ترکیبی از نور فوق سریع و صداست! یعنی می‌تونن تا بیشتر از ۵ برابر عمق روش‌های قبلی داخل مغز رو ببینن – بدون اینکه نیاز باشه از مواد رنگی، مواد شیمیایی یا دستکاری ژنتیکی استفاده کنن. این واسه نوروساینس (یعنی همون علوم اعصاب و مغز) و حتی جراحی‌های مغزی واقعاً می‌تونه انقلابی باشه.
حالا مکانیزمش چیه؟ اسمش هست “سه-فوتون فوتوآکوستیک”. خودشون یه اسم شیک هم براش گذاشتن: “چند فوتون میره تو، صدا میاد بیرون!”. اینجوری کار می‌کنه که با نور فوق‌العاده کوتاه و سریع (بهش میگن پالس‌های محوری نور)، سلول‌ها رو قلقلک میدن، اما این بار با طول موج‌های خاص که سه برابر بیشتر از حالت عادیه. این طول موج‌ها کمتر پخش میشن و راحت‌تر از دل مغز و بافت‌ها رد میشن.
اما جالبیش اینجاست: وقتی مولکول‌ها این نور رو می‌گیرن، یه جور گرمای ریزتوپی داخل سلول درست میشه که باعث میشه یه موج صدا بسازه. بعدش یه میکروفون التراسونیک (یعنی همون مایکروفون مخصوص صداهای خیلی ظریف و ریز!) این موج صدا رو شکار می‌کنه و با یه نرم‌افزار هوشمند، اون رو تبدیل به تصویر فوق‌العاده دقیق می‌کنه. این تکنیک رو بهش میگن photoacoustic imaging (یعنی تصویربرداری بر پایه صدا و نور).
توی تستی که انجام دادن، تونستن یه مولکول به اسم NAD(P)H رو توی یه مدل مغزی که از سلول‌های بنیادی آدم ساخته بودن با قطر ۱.۱ میلی‌متر و برش مغز موش به ضخامت ۰.۷ میلی‌متر، ببینن! حالا NAD(P)H اصلاً چی هست؟ این یه مولکولیه که مربوط به سوخت و ساز سلول‌ها و فعالیت نورون‌هاس (یه جور شاخص وضعیت سلامت سلول). با فهمیدن وضعیت این مولکول توی مغز، میشه به خیلی از بیماری‌های مغزی از جمله آلزایمر، سندروم رت و تشنج‌ها پی برد یا بهتر فهمیدشون.
دکتر W. David Lee که خودش یکی از طراح‌های اصلی این میکروسکوپه میگه: «دستگاه ما حتی بزرگتر از این‌ها رو هم می‌تونه اسکن کنه اما نمونه‌های آزمایش، کوچیک بودن و بیشتر عمیق‌تر نمی‌شد رفت تا فعلاً!».
یکی از نکته‌های خیلی باحال این دستگاه اینه که نیاز به لیبل یا برچسب زدن به سلول نداره. معمولاً برای دیدن مولکول خاص، باید یه ماده نشانه‌دار (بهش میگن label یا فلورسنت که سلول رو رنگی می‌کنه) به نمونه اضافه کنن. ولی اینجا اصلاً نیازی بهش نیست!
از امکانات دیگه‌ش اینه که می‌تونه مولکول‌هایی مثل GCaMP – یه نشانگر متداول برای رصد فعالیت کلسیم توی سلول‌های مغز – رو هم تشخیص بده. بعلاوه تصویربرداری THG یا Third-Harmonic Generation رو هم داره که می‌تونه ساختار سلولی و اطلاعات مولکولی رو تو همون اسکن نشون بده (یعنی یه عکس بگیری، همه چیز رو بفهمی!).
جالب بدونی که تو فاز بعدی این آزمایش، قراره توی مغز زنده امتحانش کنن؛ البته اون موقع باید منبع نور و میکروفون جفتشون از یه طرف بافت باشن تا بشه همزمان اسکن گرفت. لی امیدواره توی مغز جاندار هم تا۲ میلی‌متر عمق رو ببینن.
یه نکته دیگه: همین آقای Lee قبلاً تو یه شرکت دیگه ثابت کرده با تصویربرداری NAD(P)H میشه درمان زخم‌ها رو بهتر مدیریت کرد. الانم امید دارن همین تکنیک رو توی جراحی مغز و تحقیقات مغزی به کار ببرن.
این پروژه با حمایتِ سازمان ملی سلامت آمریکا، مرکز سایمون برای مغز اجتماعی، مؤسسه پیکاور و چند جای دیگه انجام شده و نتایجش هم توی مجله Light: Science and Applications چاپ شده.
خلاصه بخوام جمعبندی کنم: الان دیگه دانشمندها می‌تونن با ترکیبی از نور و صدا، خیلی عمیق‌تر و دقیق‌تر از قبل، رازهای مغز رو بکاوند – اونم بدون اینکه سلول‌ها رو اذیت کنن یا تغییر بدن!
منبع: +
