খুলির ভেতর দিয়ে, আলো আর শব্দে মস্তিষ্কের কাজ দেখা

ফাংশনাল MRI মানুষের মস্তিষ্কের কাজ দেখার পদ্ধতিকে আমূল বদলে দিয়েছে। কিন্তু এটি অক্সিজেন-কম রক্তকে টের পায় কেবল পরোক্ষভাবে, পানির অণুর ওপর তার প্রভাবের মাধ্যমে, আর এর জন্য লাগে একটি ভারী, দামি, শব্দময়, আবদ্ধ অতিপরিবাহী চুম্বক। অন্য যন্ত্রগুলো একটি সুবিধার বদলে আরেকটি ছাড়ে: বৈদ্যুতিক রেকর্ডিং দ্রুত কিন্তু স্থানের দিক থেকে ঝাপসা; নিকট-অবলোহিত আলো রক্ত দেখতে পায় কিন্তু এত বেশি বিক্ষিপ্ত হয় যে স্পষ্ট ছবি দিতে পারে না।

ফটোঅ্যাকুস্টিক টমোগ্রাফি আরেকটি পথ দেখায়। ছোট লেজার স্পন্দন কলায় ঢোকে; হিমোগ্লোবিন আলো শোষণ করলে আল্ট্রাসাউন্ড তরঙ্গ তৈরি হয়, যা সেন্সরগুলো ধরে একটি 3D ছবি পুনর্গঠন করে। অক্সিজেন-সমৃদ্ধ আর অক্সিজেন-কম হিমোগ্লোবিন আলাদা রঙ শোষণ করে, তাই দুটি লেজার দিয়ে তাদের আলাদা করা যায়। যন্ত্রটি MRI স্ক্যানারের চেয়ে ছোট, সস্তা আর নিঃশব্দ, এবং এতে কোনো চুম্বকই নেই।

সমস্যাটা হলো: প্রাপ্তবয়স্কদের ক্ষেত্রে মস্তিষ্কের ফাংশনাল ফটোঅ্যাকুস্টিক ইমেজিং এতদিন কাজ করেছে কেবল তাঁদের ক্ষেত্রে, অস্ত্রোপচারের পর যাঁদের খুলির একটি অংশ নেই। হাড় আলো আর শব্দ দুটোকেই ম্লান করে, তরঙ্গকে বিকৃত করে, আর প্রতিধ্বনি তৈরি করে। আর কোনো মানসিক বা চলন-সংক্রান্ত কাজের কারণে সংকেতে যে পরিবর্তন হয় তা মাত্র কয়েক শতাংশ — মিলিমিটারের ভগ্নাংশ পরিমাণ নড়লেই মাথা তা সহজে ডুবিয়ে দেয়।

৩,০৭২টি কানের একটি বাটি

ক্যালিফোর্নিয়া ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজির ইলিন লুও, রুই কাও, মানশিউ ৎসুই, লিহং ওয়াং ও সহকর্মীরা, ইউনিভার্সিটি অব সাউদার্ন ক্যালিফোর্নিয়ার ড্যানি ওয়াংয়ের দলের সঙ্গে মিলে, দুটি সমস্যারই মোকাবিলা করেছেন।

তাঁরা মাথার চারপাশে একটি অর্ধগোলাকার বাটিতে ৩,০৭২টি আল্ট্রাসাউন্ড সেন্সর বসিয়েছেন — এ পর্যন্ত সর্বোচ্চ চ্যানেল-সংখ্যা — প্রতিটির নিজস্ব অ্যামপ্লিফায়ার। এরা শোনে ১ MHz-এর নিম্ন কম্পাঙ্কে, যা হাড় সহজে পেরোয়।
দলটির আগের ব্যবস্থার তুলনায় খুলির ভেতর দিয়ে সংকেত-থেকে-নয়েজ অনুপাতে আনুমানিক লাভ প্রায় ২৭৩ গুণ, যা সংকেতকে মোটামুটি একশো গুণ ম্লান করা খুলির ক্ষতি পুষিয়ে দেওয়ার জন্য যথেষ্ট।
১,০৬৪ ও ৭৫৫ ন্যানোমিটারের দুটি লেজার পালা করে জ্বলে। প্রতিটি স্পন্দন একটি পূর্ণ 3D ছবি দেয়, সেকেন্ডে ২০টি ভলিউম, কোনো চলমান অংশ ছাড়াই — তাই স্ক্যানিংয়ের কারণে কোনো ঝাপসা ভাব নেই।
প্রত্যেক স্বেচ্ছাসেবক পরেছিলেন একটি ব্যক্তিগত 3D-প্রিন্টেড হেলমেট, যা তাঁর মাথার 3D স্ক্যান থেকে নকশা করা। ৭.৫ মিনিটের একটি সেশনে মাথার নড়াচড়া সাধারণত প্রায় ০.১ মিলিমিটার আর ০.১ ডিগ্রির মধ্যে ছিল।

একটি মৃতদেহ থেকে নেওয়া ও জেলে ভরা মানুষের খুলিতে, ভেতরে রাখা রক্তভরা একটি নল ব্যবস্থাটি তখনো দেখতে পেয়েছে, যদিও তার সংকেত বাইরের তুলনায় প্রায় ৩০০ গুণ দুর্বল ছিল।

আঙুল, ঠোঁট আর ৭-টেসলার যাচাই

২৪ থেকে ৫৬ বছর বয়সী চারজন সুস্থ পুরুষ এক হাতের আঙুল ঠুকেছেন বা ঠোঁট কুঁচকেছেন, ৩০ সেকেন্ড চালু, ৩০ সেকেন্ড বিরতি। তুলনার জন্য প্রত্যেকের একটি উচ্চ-ক্ষেত্রের ৭-টেসলা MRI-তেও স্ক্যান হয়েছে।

পদ্ধতিটি আঙুল ঠোকার সাড়াকে মস্তিষ্কের প্রত্যাশিত চলন-ও-স্পর্শ অঞ্চলে বসিয়েছে, নড়তে থাকা হাতের বিপরীত দিকে, MRI-এর সঙ্গে মিলিয়ে।
এটি হাত আর মুখ আলাদা করেছে: ব্যক্তি, মস্তিষ্কের দিক আর কাজের সব ১৬টি সমন্বয়ে ফটোঅ্যাকুস্টিক মানচিত্রটি অন্য কাজের নয়, একই কাজের MRI মানচিত্রের বেশি কাছে ছিল।
এটি নিজেকে পুনরাবৃত্ত করেছে: একজন স্বেচ্ছাসেবকের ক্ষেত্রে, তিন মাসের ব্যবধানে দুটি সফরের পাঁচটি সেশনই একই অঞ্চলে পড়েছে।
কাজের সময় দুটি লেজার-রঙ বিপরীত দিকে বদলেছে, অক্সিজেন-সমৃদ্ধ আর অক্সিজেন-কম রক্তের প্রতি তাদের আলাদা সংবেদনশীলতা থেকে যেমন প্রত্যাশিত। ১,০৬৪ nm-এ আলো-আর-শব্দের সংকেত MRI সংকেতকে ঘনিষ্ঠভাবে অনুসরণ করেছে, সহসম্পর্ক ০.৯২।

খুঁটিনাটি শর্ত

ফটোঅ্যাকুস্টিক মানচিত্রগুলো MRI-এর মানচিত্র থেকে গড়ে ১১.৪ মিলিমিটার দূরে ছিল, নিয়মিতভাবে মস্তিষ্কের উপরিতলের দিকে সরে। লেখকেরা কয়েকটি সম্ভাব্য কারণের তালিকা দিয়েছেন যেগুলো তাঁরা এখনো আলাদা করতে পারেননি: খুলির কারণে বিকৃতি, যন্ত্রগুলোর মধ্যে মিলিয়ে নেওয়ার (রেজিস্ট্রেশন) ত্রুটি, ভঙ্গির সঙ্গে মস্তিষ্কের সরে যাওয়া, আর সেশন থেকে সেশনে পার্থক্য। মাত্র চারজন অংশগ্রহণকারীর ওপর পরীক্ষা হয়েছে, সবাই পুরুষ, সরল চলন-সংক্রান্ত কাজে, আর যে অংশের ছবি তোলা হয়েছে সেখানকার চুল কামানো হয়েছিল।

লিহং ওয়াং তিনটি ফটোঅ্যাকুস্টিক ইমেজিং কোম্পানিতে আর্থিক স্বার্থ ঘোষণা করেছেন; লেখকেরা জানিয়েছেন, এই কোম্পানিগুলো এই কাজে সহায়তা করেনি।

দলটি এমন একটি প্ল্যাটফর্ম দেখছে যা অন্য যন্ত্রের পাশে বসতে পারে — বৈদ্যুতিক রেকর্ডিং, মস্তিষ্ক-উদ্দীপনা, ব্রেন–কম্পিউটার ইন্টারফেস — যেগুলোকে MRI চুম্বকের সঙ্গে জোড়া কঠিন। আরও ছোট লেজার দিয়ে তাঁরা মস্তিষ্ককে আরও স্বাভাবিক পরিবেশে অধ্যয়ন করার আশা রাখেন।