Свет впервые прошел сквозь голову человека: сенсационное наблюдение ученых

Новости МирТесен

Ученые-физики впервые успешно зафиксировали свет, прошедший сквозь череп взрослого человека, что позволило преодолеть уровень ослабления, который ранее признавался непреодолимым.

Опубликованное в журнале Данное исследование демонстрирует, как применение специально сконструированных лазерных систем и методов регистрации отдельных фотонов позволило ученым отследить траекторию фотонов, прошедших через 15,5 сантиметров ткани человеческой головы – это достижение открывает перспективы для развития технологий неинвазивной диагностики мозга.

Для регистрации фотонов, проходящих через кожу, череп, спинномозговую жидкость и мозговую ткань, исследователи применили импульсный лазер и систему подсчёта одиночных фотонов с временной корреляцией. Даже с учётом значительного ослабления сигнала, когда на квинтиллион испущенных фотонов выживал всего один, система фиксировала приблизительно один фотон в секунду после получаса сбора данных.

Так как же это выглядело на практике?

В экспериментальной установке, напоминающей высокоточную игру в лазертаг, исследователи направляли световые импульсы на одну сторону головы добровольца, а сверхчувствительный детектор располагался на противоположной стороне, ожидая регистрации выживших фотонов. Обеспечив полную блокировку внешнего освещения, ученые наблюдали за тем, начнет ли детектор фиксировать какие-либо фотоны.

Ранее проведенные компьютерные симуляции указывали на то, что свет должен проходить через мозг по определенным маршрутам для выхода на противоположной стороне, и экспериментальные данные оказались удивительно близки к этим предсказаниям. Действительно, фотонам удавалось преодолевать плотную и сложную структуру мозга, достигая другой стороны, однако чаще всего они предпочитали перемещаться через спинномозговую жидкость – прозрачную среду, защищающую головной и спинной мозг.

Однако остаются значительные препятствия

Успешное обнаружение сигнала было зафиксировано лишь у одного из восьми участников исследования со светлой кожей и минимальным количеством волос, что подчеркивает биологическую вариабельность оптических характеристик тканей. Практические трудности включают в себя 30-минутное время сбора данных и использование лазеров мощностью 1,2 Вт, что находится на границе допустимых значений для воздействия на кожу. Таким образом, хотя облучение головы лазером показало свою работоспособность, для применения этой технологии в клинической практике требуется дальнейшая доработка.

Несмотря на это, проведенное исследование закладывает фундамент для создания оптических систем, объединяющих преимущества портативности электроэнцефалографии (ЭЭГ) и высокой пространственной разрешающей способности функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Подобные разработки способны внести существенный вклад в повышение доступности медицинских услуг на глобальном уровне. Благодаря прогрессу в области вычислительных технологий и методов обнаружения, перспектива создания недорогой, неинвазивной визуализации глубоко расположенных структур мозга становится все более осязаемой.