Понимание того, как хорошо кровь поступает в мозг, помогает разобраться в самых разных неврологических проблемах: от инсультов до мигреней и черепно-мозговых травм. Но измерить это не повреждая кожу и кости — до сих пор та еще задача. Кожа головы и череп не просто мешают напрямую увидеть мозг — у них самих есть собственное кровоснабжение, и это сильно путает все попытки замерить мозговой кровоток.

В журнале APL Bioengineering вышла статья, где ученые из Калифорнийского технологического института, Университета Южной Калифорнии, Исследовательского института Ранчо, Университета Толедо и Национального института неврологии Сингапура рассказали о своей разработке. Они создали систему, которая с помощью оптической спектроскопии измеряет кровоток, не повреждая ткани.

Прибор использует оптический метод съемки и может нацеливаться на разную глубину. Благодаря этому он отличает кровоток в коже головы от кровотока в самом мозге. Чтобы проверить устройство, исследователи временно перекрыли ток крови в поверхностной височной артерии (она снабжает кровью переднюю часть кожи головы) и изолировали ее динамику — так они наглядно показали, как метод работает.

Это первый случай, когда такой тип съемки — спектроскопия на основе анализа флуктуаций лазерного свечения — настроили на то, чтобы отфильтровывать помехи от кровотока в коже головы. Специалисты называют его «спекл-контрастной оптической спектроскопией»: они светят на кровь и смотрят, как размываются световые зернышки (спеклы) из-за движущихся клеток крови.

Один из авторов работы Макс Хуан объяснил:

Мы создали безопасный, простой и повторяемый экспериментальный метод, которым могут пользоваться другие ученые для проверки своих неинвазивных оптических систем. Вместо того чтобы полагаться только на компьютерные симуляции, исследователи могут применить временное пережатие поверхностной височной артерии и получить реальные данные о том, насколько хорошо их прибор отделяет сигналы кожи головы от сигналов мозга.

Само устройство спрятано в повязку-ободок, которая надевается на лоб. Внутри — один источник света и семь датчиков, расположенных на разном расстоянии от артерии. Датчики поближе улавливают более поверхностные данные — например, сигналы от кожи головы. А те, что подальше, собирают более глубокую и широкую информацию. Так прибор понимает, какие сигналы пришли с поверхности, и вычленяет из глубоких сигналов ту часть, которая относится именно к мозговому кровотоку.

Ученые заметили, что если временно прижать поверхностную височную артерию — просто несильно надавить пальцем на несколько секунд — то сигналы от неглубоких каналов (кожа головы) заметно слабеют, а сигналы от глубоких каналов не меняются. Это еще раз подтвердило, что методика работает.

Другой автор, Саймон Малер, отметил:

У одних людей кожа или кости черепа толще, у других — тоньше. Из-за этой разницы трудно сделать одно устройство, которое одинаково хорошо подходило бы для большой группы участников. Поэтому результаты у разных людей могут отличаться.

Сейчас команда хочет расширить возможности прибора: провести дополнительные проверки и добавить датчик, который позволит крепить его прямо на кожу, без зазора.

Польза для науки здесь довольно прозрачная, но важная. Раньше ученые в основном полагались на математические модели, чтобы отделить сигнал кожи головы от мозгового сигнала. Теперь у них появляется простая и наглядная методика проверки: пережал артерию на пару секунд — и сразу видишь, где твой прибор ошибается, а где нет. Это как калибровка весов с помощью гирьки, а не только расчетов. Для развития неинвазивной диагностики это настоящий подарок, потому что любой новый прибор можно быстро проверить в реальных условиях.

Что касается реальной жизни — здесь открываются интересные перспективы. Представьте пациента с тяжелой черепно-мозговой травмой, который без сознания. Врачам жизненно важно понять, не начал ли мозг голодать без кислорода. Существующие методы либо сложны (требуют введения красителей или радиоактивных веществ), либо не точны. А тут — повязка на лоб, и через несколько минут понятно, где реальная проблема: в коже головы или в мозге. Это может помочь быстрее назначать правильное лечение при инсультах, отслеживать эффективность лекарств при мигренях, а в реанимации — вовремя замечать ухудшение. Для обычного человека выгода в том, что диагностика становится менее пугающей, более доступной и безопасной.

Главный недостаток исследования — слишком идеальные условия эксперимента. Ученые временно перекрывали артерию аккуратным нажатием, но в реальной жизни у пациентов с травмами или после инсульта часто есть отек тканей, гематомы, шрамы, нестандартная анатомия или просто очень чувствительная кожа. Надавить на артерию в таких условиях — не всегда возможно или безопасно. Кроме того, методика проверялась, судя по описанию, на спокойных взрослых людях без серьезных патологий. А как поведет себя прибор, если человек шевелится, разговаривает, у него трясутся руки или учащенно дышит? В статье нет данных о помехах от движения. Также остается открытым вопрос с людьми, у которых атеросклероз или аномалии строения сосудов: у них сигнал от артерии может искажаться или отсутствовать вовсе. Так что до реальных клинических испытаний с тяжелыми пациентами — дистанция еще приличная.

Ранее ученые пришли к выводу, что алкоголь удваивает риск кровоизлияний в мозге у пожилых.