用激光记录大脑活动
加州理工学院的一位教授与南加州大学的研究人员合作，首次展示了一种利用激光和超声波对人脑成像的新技术。
该技术被称为光声计算机断层扫描(PACT)，是由布伦大学医学工程和电气工程教授王立红开发的，是一种用于组织和器官成像的方法。先前版本的PACT技术已经被证明能够成像大鼠身体的内部结构;PACT还能够检测人类乳房肿瘤，使之成为乳房x光检查的替代方案。
现在，王对这项技术进行了进一步的改进，使其如此精确和灵敏，甚至可以检测到微量的变化血通过非常微小的血管以及血液的氧合水平。因为在进行认知任务时，血流会增加到大脑的特定区域——例如，当你在看电影时，血流会增加到视觉皮层——一种显示血液浓度和氧含量变化的设备可以帮助研究人员和医疗专业人员监测大脑活动。这被称为功能成像．
“在乳房成像中，你只想看到血管，因为它们可以揭示肿瘤的存在(肿瘤分泌刺激血管形成的化学物质)”王说。“但大脑活动成像的功能变化只是基线信号的几个百分点的变化。这比衡量困难一个数量级还要多。”
以前，这种成像只能用功能性核磁共振它使用的无线电波和磁场强度是地球磁场的10万倍磁场监测血氧水平。这些机器运行良好，技术成熟，但也有一些缺点。首先，它们非常昂贵，每一个都要花费几百万美元。另一个缺点是，机器产生的强烈磁场需要特别的预防措施，因为一些含铁的物体，如医疗工具和外科植入物，可以被机器以巨大的力量拉动。”核磁共振成像机还要求患者在成像时被放置在狭窄的管子里，这可能会让幽闭恐惧症患者感到不舒服。
相比之下，王的技术要简单得多，便宜得多，也紧凑得多，而且不需要把病人放在机器里。
它的工作原理是将激光脉冲射入头部。当光线穿过头皮和头骨时，它会分散在大脑中，并被患者红细胞中携带氧气的血红蛋白分子吸收。血红蛋白分子从光中获得的能量使它们产生超声波振动。这些振动通过组织返回，被放置在头部外部的1024个微型超声波传感器阵列接收。然后，这些传感器的数据通过计算机算法组合成整个大脑的血流和氧合的3D地图。
为了在人体上测试这项技术，王与凯克学院临床神经外科助理教授、南加州大学神经恢复中心副主任乔纳森·鲁辛(Jonathan Russin)合作;Danny J Wang，南加州大学神经成像和信息学研究所教授;以及凯克学院临床神经外科教授、南加州大学神经恢复中心主任查尔斯·刘。
在严重的创伤性脑损伤后，一些患者会接受减压半颅切除术，这是一种挽救生命的手术，通过切除大部分颅骨来控制脑肿胀造成的压力。刘先生和Russin在加州唐尼的兰乔·洛斯·阿米格斯国家康复中心与许多这样的病人一起工作，刘先生在那里担任创新和研究主任。在从急性损伤中恢复后，但在颅骨重建手术之前，选择患者参与这项研究，以确定成像技术的效果如何。
“我们仍然需要克服的一个障碍是头骨，”王说。“这是一个声学透镜，但它是一个坏的，所以它也会通过衰减来扭曲我们的信号。就像透过一扇波浪形的窗户往外看一样。”“但他们有一群做了半颅切除术的患者。他们的头盖骨缺了一部分，所以我们可以给他们成像。”
Russin说:“神经成像是开发新治疗范式的中心，而这个演示是开发一种有影响力的新工具的非常重要的一步，以补充当前的方法，如基于核磁共振的技术。”
Liu对此表示赞同，并补充说:“许多最令人兴奋的功能恢复治疗方法涉及神经调节策略，这些策略无法在MRI环境下研究，我们期待使用这种新技术更好地理解和完善我们的治疗。”这项研究的许多参与者最终可能需要新的治疗方法，所以这是帮助开发一种最终使他们受益的工具的极好方式。”
为了给患者成像，研究团队要剃光头(王说他们正在尝试消除这一步骤)，这样激光就可以照亮他们的头皮。然后病人躺在一张桌子上，头部部分放在一个碗里，碗里装着激光源、超声波传感器和水。王说，水起到了“中介”的作用，将传感器与头皮表面的声音耦合起来，使它们能够有效地接收信号。它类似于当病人做超声波检查时涂在皮肤上的凝胶。
王说，未来的研究需要集中在解决头发和头骨引起的问题上。他说，如果光纤可以被用来传输，就有可能避免剃头激光头皮毛囊之间的搏动。他还希望最终将该技术应用于颅骨完好的患者。
他说:“我们需要一种方法来抵消头骨造成的失真。”他补充说，这种校正“透镜”很可能是一种更强大的数据处理算法，可以在组装图像时补偿失真。
一篇描述该技术的论文，题为“大规模并行功能光声计算机断层扫描”人类的大脑的问题出现在5月31日的杂志上自然生物医学工程．
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