Ben Rinehart (à gauche) et Chien Poon, doctorat élèves-ingénieurs du Groupe de Recherche Sunar, qui a récemment publié des recherches démontrant une nouvelle approche pour mesurer la connectivité des fonctions cérébrales. Crédit :Université d'État de Wright
La mesure du flux sanguin optique dans le cerveau humain au repos pour détecter une activité spontanée a été démontrée pour la première fois par des chercheurs en imagerie de la Wright State University, promettant une meilleure façon d'étudier les personnes autistes, Alzheimer et dépression.
Ulas Sunar, professeur agrégé de biomédical, ingénierie des facteurs industriels et humains, et son équipe de chercheurs ont montré que le contraste optique du flux sanguin mesuré par spectroscopie de corrélation diffuse peut être utilisé pour détecter la connectivité fonctionnelle à l'état de repos (RSFC) dans le cerveau.
L'équipe de recherche comprend Sunar, qui occupe le poste doté de l'Ohio Research Scholar for Medical Imaging à Wright State, et ses chercheurs Chien Poon, Jun Li, Jeremy Kress et Dan Rohrbach.
Les découvertes de l'équipe ont été récemment publiées dans l'une des meilleures revues d'optique, le Journal de Biophotonique, couvrant la recherche sur les interactions entre la lumière et les matériaux biologiques. Le travail a également été présenté dans le Biophotonics.World, qui sert la communauté mondiale de la biophotonique en tant que point d'accès central pour les dernières nouvelles et articles sur les récents développements scientifiques dans les universités et l'industrie.
La nouvelle approche optique de l'équipe est basée sur la détection de la diffusion de la lumière par les cellules sanguines en mouvement et peut quantifier le contraste absolu lié au flux sanguin cérébral. C'est une technique complémentaire à la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge largement connue qui mesure l'oxygénation du sang.
"Nous constatons que le flux sanguin présente un contraste plus élevé que l'oxygénation dans nos expériences de neuroimagerie, " a déclaré Sunar. " Sous le cerveau de tir neuronal peut demander plus de flux sanguin. C'est pourquoi le flux sanguin est un paramètre important pour évaluer la connectivité fonctionnelle de l'état de repos du cerveau humain. De plus, la technique d'imagerie du flux sanguin est relativement nouvelle. Le système personnalisé a été construit ici, par mon doctorat étudiant Chien Poon, et nous avons démontré l'approche de l'état de repos pour la première fois dans notre domaine."
Les chercheurs ont utilisé le paramètre de flux sanguin pour quantifier le RSFC chez neuf hommes adultes en bonne santé dans le cadre d'une étude de validation de principe. La technique a montré une connectivité élevée entre certaines zones du cerveau et une faible connectivité entre d'autres zones. Les résultats correspondent à des études similaires réalisées précédemment avec d'autres méthodes telles que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf).
De gauche à droite :Dan Rohrbach, Ulas Sunar, Ben Rinehart et Chien Poon dans le laboratoire du groupe de recherche Sunar dans le bâtiment de collaboration en ingénierie des neurosciences. Crédit :Université d'État de Wright
"Ce sont des résultats passionnants dans notre domaine puisque l'étude a prouvé le potentiel de la méthode de flux sanguin optique en tant que moyen non invasif pour évaluer la RSFC chez l'homme, " Sunar a déclaré à Biophotonics.World. " Le flux sanguin cérébral est un paramètre très important pour la caractérisation des maladies neuronales en raison de son contraste élevé. "
Les études RSFC sont un outil précieux pour étudier les personnes atteintes de troubles qui peuvent rendre l'exécution de tâches difficile. Mais beaucoup de gens, comme les jeunes enfants autistes, sont de mauvais candidats pour l'évaluation RSFC par IRMf, ce qui les oblige à rester immobiles pendant de longs intervalles à l'intérieur d'un espace d'imagerie confiné avec un bruit fort de l'aimant.
L'imagerie optique convient parfaitement à ces personnes car elle est rapide et peut être réalisée par des sondes optiques pouvant être portées par le patient. Les chercheurs s'attendent à ce que cela devienne à terme un outil très utile pour évaluer de manière non invasive la fonction cérébrale chez les patients jeunes et handicapés.
Sunar a déclaré que la technologie pourrait également être utilisée pour évaluer les performances humaines afin de comprendre si une tâche augmente le flux sanguin cérébral et l'activité neuronale.
« Lorsqu'une tâche est exécutée, qu'arrive-t-il au flux sanguin dans le cerveau ?", a-t-il dit. "Y a-t-il une relation ? Le réseau cérébral est-il plus connecté à l'état de repos et à l'état de performance ? Ce sont des questions intéressantes à étudier."
La prochaine étape pour l'équipe de recherche sera de modifier le système optique pour lui permettre de montrer à la fois le flux sanguin et l'oxygénation.
"Nous travaillons sur la combinaison de plusieurs contrastes d'imagerie pour obtenir une image plus complète de la fonction cérébrale, " dit Sunar. " Par exemple, nous pouvons quantifier le taux métabolique cérébral de la consommation d'oxygène en combinant des mesures de débit sanguin et d'oxygénation. Cette approche aura un impact important dans de nombreux domaines, de la caractérisation des maladies neurologiques en milieu clinique à l'évaluation des performances humaines pertinentes pour la recherche militaire."
