روشنی اور آواز سے کھوپڑی کے آر پار دماغ کو کام کرتے دیکھنا

فنکشنل ایم آر آئی نے انسانی دماغ کو کام کرتے دیکھنے کا انداز بدل دیا ہے۔ لیکن یہ آکسیجن سے محروم خون کو صرف بالواسطہ طور پر، پانی کے سالمات پر اس کے اثر کے ذریعے، محسوس کرتی ہے، اور اسے ایک بھاری بھرکم، مہنگے، شور مچانے والے اور بند سپر کنڈکٹنگ مقناطیس کی ضرورت ہوتی ہے۔ دوسرے آلات ایک خوبی کے بدلے دوسری خوبی چھوڑ دیتے ہیں: برقی ریکارڈنگز تیز ہوتی ہیں مگر جگہ کے لحاظ سے دھندلی؛ قریبی زیریں سرخ (near-infrared) روشنی خون کو دیکھ لیتی ہے مگر اتنی بکھرتی ہے کہ واضح تصویریں نہیں دے پاتی۔

فوٹو اکوسٹک ٹوموگرافی ایک اور راستہ پیش کرتی ہے۔ لیزر کی مختصر دھڑکنیں بافت میں داخل ہوتی ہیں؛ جب ہیموگلوبن روشنی جذب کرتا ہے تو الٹراساؤنڈ لہریں پیدا ہوتی ہیں، جنہیں سینسرز پکڑ کر ایک سہ جہتی تصویر دوبارہ بناتے ہیں۔ آکسیجن سے بھرپور اور آکسیجن سے محروم ہیموگلوبن مختلف رنگ جذب کرتے ہیں، اس لیے دو لیزر انہیں الگ الگ پہچان سکتے ہیں۔ یہ مشین ایم آر آئی اسکینر سے زیادہ مختصر، سستی اور خاموش ہے، اور اس میں کوئی مقناطیس نہیں ہوتا۔

مسئلہ یہ ہے کہ بالغوں میں دماغ کی فنکشنل فوٹو اکوسٹک تصویر کشی اب تک صرف ان لوگوں میں کامیاب ہوئی تھی جن کی کھوپڑی کا کچھ حصہ سرجری کے بعد غائب تھا۔ ہڈی روشنی اور آواز دونوں کو مدھم کر دیتی ہے، لہروں کو بگاڑ دیتی ہے اور گونج پیدا کرتی ہے۔ اور کسی ذہنی یا حرکی کام سے پیدا ہونے والی سگنل کی تبدیلیاں صرف چند فیصد ہوتی ہیں — جو ملی میٹر کے کسی حصے جتنا ہلنے والے سر کی وجہ سے آسانی سے دب جاتی ہیں۔

3,072 کانوں والا پیالہ

کیلیفورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے ییلن لو، روئی کاؤ، مانشیو کوئی، لیہونگ وانگ اور ان کے ساتھیوں نے، یونیورسٹی آف سدرن کیلیفورنیا میں ڈینی وانگ کی ٹیم کے ساتھ مل کر، دونوں مسائل سے نمٹا۔

انہوں نے سر کے گرد ایک نصف کروی پیالے میں 3,072 الٹراساؤنڈ سینسرز نصب کیے — جو اب تک چینلز کی سب سے بڑی تعداد ہے — اور ہر ایک کا اپنا ایمپلیفائر ہے۔ یہ کم فریکوئنسی، 1 میگاہرٹز، پر سنتے ہیں جو ہڈی کو زیادہ آسانی سے پار کرتی ہے۔
ٹیم کے پچھلے نظام کے مقابلے میں کھوپڑی کے آر پار سگنل اور شور کے تناسب میں اندازاً تقریباً 273 گنا بہتری آئی ہے، جو اس کھوپڑی کی تلافی کے لیے کافی ہے جو سگنل کو تقریباً سو گنا مدھم کر دیتی ہے۔
دو لیزر، 1,064 اور 755 نینو میٹر پر، باری باری چلتے ہیں۔ ہر دھڑکن ایک مکمل سہ جہتی تصویر دیتی ہے، فی سیکنڈ 20 حجم، بغیر کسی متحرک پرزے کے — یعنی اسکیننگ سے کوئی دھندلاہٹ نہیں۔
ہر رضاکار نے ایک ذاتی تھری ڈی پرنٹڈ ہیلمٹ پہنا، جو اس کے سر کے سہ جہتی اسکین سے ڈیزائن کیا گیا تھا۔ 7.5 منٹ کے سیشن کے دوران سر کی حرکت عموماً تقریباً 0.1 ملی میٹر اور 0.1 درجے کے اندر رہی۔

ایک جسم سے لی گئی اور جیل سے بھری انسانی کھوپڑی پر یہ نظام اندر رکھی گئی خون سے بھری نلی کو پھر بھی دیکھ سکا، حالانکہ اس کا سگنل باہر کی نسبت تقریباً 300 گنا کمزور تھا۔

انگلیاں، ہونٹ اور 7 ٹیسلا سے جانچ

24 سے 56 سال کی عمر کے چار صحت مند مردوں نے ایک ہاتھ کی انگلیاں تھپتھپائیں یا ہونٹ سکیڑے، 30 سیکنڈ کام، 30 سیکنڈ وقفہ۔ ہر ایک کا حوالے کے طور پر ایک اعلیٰ فیلڈ والی 7 ٹیسلا ایم آر آئی میں اسکین بھی ہوا۔

اس طریقے نے انگلیاں تھپتھپانے کے ردعمل کو دماغ کے متوقع حرکت اور لمس والے حصے میں، حرکت کرنے والے ہاتھ کی مخالف سمت میں، پایا، جو ایم آر آئی سے میل کھاتا تھا۔
اس نے ہاتھ اور منہ میں فرق کیا: شخص، دماغ کی سمت اور کام کے تمام 16 امتزاجات میں فوٹو اکوسٹک نقشہ اسی کام کے ایم آر آئی نقشے سے، دوسرے کام کے نقشے کی نسبت، زیادہ قریب تھا۔
اس نے خود کو دہرایا: ایک رضاکار میں، تین مہینے کے وقفے سے دو دوروں میں ہونے والے پانچ سیشن سب ایک ہی حصے میں آئے۔
کام کے دوران لیزر کے دونوں رنگ مخالف سمتوں میں بدلے، جیسا کہ آکسیجن سے بھرپور اور آکسیجن سے محروم خون کے لیے ان کی مختلف حساسیت سے توقع تھی۔ 1,064 نینو میٹر پر روشنی اور آواز کا سگنل ایم آر آئی سگنل کے بہت قریب چلا، 0.92 کے باہمی تعلق کے ساتھ۔

باریک لکھی شرائط

فوٹو اکوسٹک نقشے اوسطاً ایم آر آئی نقشوں سے 11.4 ملی میٹر دور تھے، اور منظم طور پر دماغ کی سطح کی طرف سرکے ہوئے تھے۔ مصنفین کئی ممکنہ وجوہات بتاتے ہیں جنہیں وہ ابھی الگ نہیں کر سکتے: کھوپڑی سے پیدا ہونے والا بگاڑ، مشینوں کے درمیان مطابقت (registration) کی غلطیاں، جسم کی حالت کے ساتھ دماغ کا سرکنا، اور ایک سیشن سے دوسرے سیشن کے فرق۔ صرف چار شرکاء کو جانچا گیا، سب مرد، سادہ حرکی کاموں پر، اور جس حصے کی تصویر لی گئی اس کے اوپر کے بال مونڈے گئے۔

لیہونگ وانگ فوٹو اکوسٹک امیجنگ کی تین کمپنیوں میں مالی مفاد کا اعلان کرتے ہیں، جنہوں نے مصنفین کے مطابق اس کام کی حمایت نہیں کی۔

ٹیم اسے ایک ایسا پلیٹ فارم سمجھتی ہے جو دوسرے آلات کے ساتھ کام کر سکے — برقی ریکارڈنگز، دماغی تحریک، دماغ اور کمپیوٹر کے رابطے (brain–computer interfaces) — جنہیں ایم آر آئی مقناطیس کے ساتھ ملانا مشکل ہے۔ زیادہ مختصر لیزروں کے ساتھ وہ دماغ کا زیادہ فطری ماحول میں مطالعہ کرنے کی امید رکھتے ہیں۔