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Come può la luce del vicino infrarosso leggere il cervello? La magica applicazione della tecnologia fNIRS
La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è una tecnologia innovativa di monitoraggio del cervello che utilizza la spettroscopia nel vicino infrarosso per il rilevamento di neuroimaging funzionale. Il principio di base di questa tecnologia è misurare i cambiamenti dinamici nel flusso sanguigno nel cervello emettendo luce nel vicino infrarosso per ottenere informazioni sull'attività neurale. Con lo sviluppo di varie tecnologie di imaging non invasive, la fNIRS, insieme all’elettroencefalografia (EEG), è diventata uno dei principali strumenti per la ricerca portatile sul cervello.
fNIRS si concentra sulle proprietà di assorbimento dell'eme e può misurare con precisione i cambiamenti nell'eme ossigenato e deossigenato correlati all'attività neurale.
Durante gli esperimenti fNIRS, la luce nel vicino infrarosso penetrerà nel cuoio capelluto, si disperderà e assorbirà. A causa delle forti proprietà di assorbimento dell'eme per la luce nel vicino infrarosso, gli scienziati possono dedurre cambiamenti nella concentrazione di eme nel sangue. Questa tecnologia non solo è sicura e non invasiva, ma può essere utilizzata anche con altre modalità di imaging, offrendo ai ricercatori nuovi strumenti per esplorare il funzionamento del cervello. Inoltre, la fNIRS è anche chiamata Topografia Ottica (OT). La tecnologia sta diventando sempre più matura e si sono gradualmente formati molteplici uygulamaları.
Contesto storico della fNIRS
La storia della fNIRS risale al 1977, quando Jöbsis scoprì per la prima volta la trasparenza del cervello alla luce del vicino infrarosso, che aprì la porta a misurazioni non invasive dell'ossigenazione cerebrale. Successivamente, l’applicazione della NIRS si è progressivamente ampliata, soprattutto all’inizio degli anni ’90, con la pubblicazione di diversi studi sull’applicazione della fNIRS negli adulti, e le sue potenzialità sono state gradualmente riconosciute.
I gruppi di ricerca giapponesi hanno iniziato a esplorare i sistemi di monitoraggio del cervello basati sulla luce infrarossa a metà degli anni '80 e hanno proposto per la prima volta il concetto di "topografia ottica" nel 1995.
A oggi la tecnologia si è ulteriormente sviluppata e stanno gradualmente diventando disponibili molti nuovi dispositivi fNIRS indossabili, che possono facilitare il monitoraggio dell'attività cerebrale nella vita clinica o quotidiana.
Come funziona fNIRS
fNIRS funziona in base all'assorbimento e alla diffusione della luce. Dopo che la sorgente luminosa ha emesso luce nel vicino infrarosso, penetra nel tessuto superficiale del cervello. A seconda delle caratteristiche dei diversi tessuti e dell'eme, parte della luce verrà assorbita o diffusa. I ricercatori hanno misurato questi cambiamenti alla luce per stimare la quantità di eme ossigenato e deossigenato nel sangue.
La tecnologia fNIRS è particolarmente adatta per studiare il flusso sanguigno e lo stato di ossigenazione in aree locali del cervello, fornendo importanti informazioni sull'attività neurale.
Ambito di applicazione
Le applicazioni della fNIRS coprono molti campi, tra cui l'interfaccia cervello-computer (BCI), la ricerca sull'ipossia in ambienti plateau e l'analisi della connettività funzionale del cervello. Soprattutto negli ambienti di plateau, la fNIRS può aiutare a studiare come affrontare la carenza di ossigeno.
Potenziale futuro
Con il continuo progresso della tecnologia, il potenziale di applicazione della fNIRS nei campi della medicina e della psicologia è in crescita. Non solo può fornire dati preziosi per lo studio delle malattie cerebrali, ma può anche migliorare la nostra comprensione della funzione cerebrale e delle sue interconnessioni.
Lo sviluppo di questa tecnologia potrebbe rivoluzionare il modo in cui comprendiamo il cervello?
In futuro, come promuovere e migliorare ulteriormente le tecnologie e gli standard richiesti costituirà una sfida importante per gli scienziati. Allo stesso tempo, la continua ricerca sulla fNIRS non solo ci aiuterà a comprendere le comuni risposte allo stress neurale, ma potrebbe anche rivelare di più sulla relazione intrinseca tra attività cerebrale e comportamento. Ci sono segreti più profondi nascosti in questo?
