மண்டையோட்டின் வழியே, ஒளியாலும் ஒலியாலும் மூளை வேலை செய்வதைப் பார்த்தல்

செயல்பாட்டு MRI (functional MRI), மனித மூளை வேலை செய்வதை நாம் பார்க்கும் விதத்தையே மாற்றியமைத்தது. ஆனால் அது ஆக்சிஜன் குறைந்த இரத்தத்தை, நீர் மூலக்கூறுகள் மீதான அதன் விளைவின் வழியாக, மறைமுகமாக மட்டுமே உணர்கிறது; அதற்குப் பருமனான, விலையுயர்ந்த, இரைச்சலான, மூடிய மீக்கடத்திக் காந்தம் தேவை. மற்றக் கருவிகள் ஒரு வலிமையை இன்னொன்றுக்காக விட்டுக்கொடுக்கின்றன: மின் பதிவுகள் வேகமானவை, ஆனால் இடத்தைப் பொறுத்தவரை மங்கலானவை; அண்மை அகச்சிவப்பு ஒளி இரத்தத்தைப் பார்க்கிறது, ஆனால் கூர்மையான படங்களைத் தர முடியாத அளவுக்குச் சிதறுகிறது.

ஒளி-ஒலி வரைவியல் (photoacoustic tomography) இன்னொரு வழியைத் தருகிறது. குறுகிய லேசர் துடிப்புகள் திசுவுக்குள் நுழைகின்றன; ஹீமோகுளோபின் ஒளியை உறிஞ்சும்போது மீயொலி அலைகளை உருவாக்குகிறது; உணரிகள் அவற்றைப் பிடித்து முப்பரிமாணப் படத்தை மீண்டும் கட்டமைக்கின்றன. ஆக்சிஜன் நிறைந்த ஹீமோகுளோபினும் ஆக்சிஜன் குறைந்ததும் வெவ்வேறு நிறங்களை உறிஞ்சுவதால், இரண்டு லேசர்கள் அவற்றை வேறுபடுத்த முடியும். இந்த இயந்திரம் MRI ஸ்கேனரைவிடச் சிறியது, மலிவானது, அமைதியானது; காந்தமே இல்லை.

சிக்கல் இதுதான்: வயதுவந்தோரில், மூளையின் செயல்பாட்டு ஒளி-ஒலிப் படமாக்கல், அறுவைச் சிகிச்சைக்குப் பின் மண்டையோட்டின் ஒரு பகுதி இல்லாதவர்களிடம் மட்டுமே வேலை செய்திருந்தது. எலும்பு ஒளியையும் ஒலியையும் மங்கச் செய்கிறது, அலைகளைச் சிதைக்கிறது, எதிரொலிகளை உருவாக்குகிறது. மேலும், ஒரு மன அல்லது இயக்கப் பணி ஏற்படுத்தும் சமிக்ஞை மாற்றங்கள் சில சதவீதம் மட்டுமே — ஒரு மில்லிமீட்டரின் சிறு பின்னம் அசையும் தலைகூட அவற்றை எளிதில் மூழ்கடித்துவிடும்.

3,072 காதுகள் கொண்ட கிண்ணம்

California Institute of Technology-இன் Yilin Luo, Rui Cao, Manxiu Cui, Lihong Wang மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள், University of Southern California-இன் Danny Wang குழுவுடன் இணைந்து, இரு சிக்கல்களையும் எதிர்கொண்டனர்.

தலையைச் சுற்றியுள்ள அரைக்கோளக் கிண்ணத்தில் 3,072 மீயொலி உணரிகளை அவர்கள் அடுக்கினர் — இதுவரை இல்லாத அதிக அலைவழி (channel) எண்ணிக்கை — ஒவ்வொன்றுக்கும் தனிப் பெருக்கி. அவை எலும்பை எளிதாகக் கடக்கும் 1 MHz என்ற குறைந்த அதிர்வெண்ணில் கேட்கின்றன.
குழுவின் முந்தைய அமைப்புடன் ஒப்பிடுகையில், மண்டையோட்டின் வழியே சமிக்ஞை-இரைச்சல் விகிதத்தில் மதிப்பிடப்பட்ட ஆதாயம் சுமார் 273 மடங்கு — சமிக்ஞையைத் தோராயமாக நூறு மடங்கு மங்கச் செய்யும் மண்டையோட்டை ஈடுகட்ட இது போதுமானது.
1,064, 755 நானோமீட்டர்களில் இரண்டு லேசர்கள் மாறி மாறி இயங்குகின்றன. ஒவ்வொரு துடிப்பும் ஒரு முழுமையான முப்பரிமாணப் படத்தைத் தருகிறது, வினாடிக்கு 20 கனஅளவுப் படங்கள், அசையும் பாகங்கள் எதுவும் இல்லாமல் — எனவே வருடலால் ஏற்படும் மங்கல் இல்லை.
ஒவ்வொரு தன்னார்வலரும், தம் தலையின் முப்பரிமாண வருடலிலிருந்து வடிவமைக்கப்பட்ட தனிப்பயன் 3D அச்சுத் தலைக்கவசத்தை அணிந்தனர். 7.5 நிமிட அமர்வில் தலையசைவு வழக்கமாக சுமார் 0.1 மில்லிமீட்டர், 0.1 பாகைக்குள் இருந்தது.

ஓர் உடலிலிருந்து எடுக்கப்பட்டு ஜெல் நிரப்பப்பட்ட மனித மண்டையோட்டில், உள்ளே வைக்கப்பட்ட இரத்தம் நிரம்பிய குழாயை, அதன் சமிக்ஞை வெளியில் இருப்பதைவிடச் சுமார் 300 மடங்கு பலவீனமாக இருந்தபோதும், இந்த அமைப்பால் பார்க்க முடிந்தது.

விரல்கள், உதடுகள், 7 டெஸ்லா சரிபார்ப்பு

24 முதல் 56 வயதுடைய ஆரோக்கியமான நான்கு ஆண்கள், 30 வினாடிகள் செய்து 30 வினாடிகள் ஓய்வெடுத்து, ஒரு கையின் விரல்களைத் தட்டினர் அல்லது உதடுகளைக் குவித்தனர். ஒப்பீட்டுக்காக ஒவ்வொருவருக்கும் உயர்புல 7 டெஸ்லா MRI வருடலும் செய்யப்பட்டது.

விரல் தட்டலுக்கான பதில்களை, எதிர்பார்க்கப்பட்ட இயக்க-தொடு உணர்வு மூளைப் பகுதியில், அசையும் கைக்கு எதிர்ப் பக்கத்தில், MRI-யுடன் ஒத்துப்போகும்படி இந்த முறை வைத்தது.
அது கையையும் வாயையும் வேறுபடுத்தியது: நபர், மூளைப் பக்கம், பணி ஆகியவற்றின் 16 சேர்க்கைகளிலும், ஒளி-ஒலி வரைபடம் மற்றப் பணியின் MRI வரைபடத்தைவிட அதே பணியின் MRI வரைபடத்துக்கே நெருக்கமாக இருந்தது.
அது தன்னைத் தானே மீண்டும் செய்தது: ஒரு தன்னார்வலரிடம், மூன்று மாத இடைவெளியில் இரண்டு வருகைகளில் நடந்த ஐந்து அமர்வுகளும் ஒரே பகுதியில் விழுந்தன.
ஆக்சிஜன் நிறைந்த, குறைந்த இரத்தத்துக்கு அவற்றின் வேறுபட்ட உணர்திறனில் எதிர்பார்த்தபடியே, பணியின்போது இரண்டு லேசர் நிறங்களும் எதிர் திசைகளில் மாறின. 1,064 nm-இல் ஒளி-ஒலிச் சமிக்ஞை MRI சமிக்ஞையை 0.92 தொடர்புக் கெழுவுடன் நெருக்கமாகப் பின்தொடர்ந்தது.

நுணுக்கமான விவரங்கள்

ஒளி-ஒலி வரைபடங்கள் MRI வரைபடங்களிலிருந்து சராசரியாக 11.4 மில்லிமீட்டர் தொலைவில் இருந்தன; அவை முறையாக மூளையின் மேற்பரப்பை நோக்கி நகர்ந்திருந்தன. இன்னும் பிரித்தறிய முடியாத பல சாத்தியமான காரணங்களை ஆசிரியர்கள் பட்டியலிடுகின்றனர்: மண்டையோட்டால் ஏற்படும் சிதைவு, இயந்திரங்களுக்கு இடையிலான படப் பொருத்தப் (registration) பிழைகள், உடல் நிலைக்கேற்ப மூளை நகர்வது, அமர்வுக்கு அமர்வு உள்ள வேறுபாடுகள். நான்கு பங்கேற்பாளர்கள் மட்டுமே சோதிக்கப்பட்டனர், அனைவரும் ஆண்கள், எளிய இயக்கப் பணிகளில்; படமாக்கப்பட்ட பகுதியின் மேல் உள்ள முடி மழிக்கப்பட்டது.

Lihong Wang மூன்று ஒளி-ஒலிப் படமாக்கல் நிறுவனங்களில் நிதி நலன் கொண்டிருப்பதாக அறிவிக்கிறார்; அவை இந்தப் பணிக்கு ஆதரவு அளிக்கவில்லை என்று ஆசிரியர்கள் கூறுகின்றனர்.

MRI காந்தத்துடன் இணைப்பது கடினமான பிற கருவிகளுக்கு — மின் பதிவுகள், மூளைத் தூண்டல், மூளை-கணினி இடைமுகங்கள் — அருகில் அமரக்கூடிய ஒரு தளத்தைக் குழு காண்கிறது. மேலும் சிறிய லேசர்களுடன், மூளையை இயல்பான சூழல்களில் ஆய்வு செய்ய அவர்கள் நம்புகின்றனர்.