Wetenschappers hebben een nieuwe hybride beeldvormingstechniek, genaamd HyFMRI, ontwikkeld die het mogelijk maakt om gelijktijdig neuronale activiteit, astrocytenactiviteit en de bloedtoevoer in het levende brein te visualiseren. Deze doorbraak biedt ongekende inzichten in de hersenfunctie en de mechanismen achter neurologische aandoeningen. De techniek combineert multiplex fluorescentiebeeldvorming, die specifieke markers gebruikt om de activiteit van neuronen en astrocyten te volgen, met de gedetailleerde ruimtelijke informatie van Magnetic Resonance Imaging (MRI). Dit stelt onderzoekers in staat om de wisselwerking tussen verschillende hersencellen en de bloedtoevoer in real-time en op niet-invasieve wijze te bestuderen. De integratie van deze complementaire methoden levert een completer beeld op van de hersendynamiek dan voorheen mogelijk was.
HyFMRI maakt gebruik van geavanceerde fluorescerende eiwitten die oplichten als reactie op specifieke signalen van neuronen en astrocyten, waardoor hun activiteit gedifferentieerd kan worden gevolgd. De MRI-component brengt vervolgens de bloedtoevoer en zuurstofverzadiging in kaart, waarmee de cellulaire signalering direct wordt gekoppeld aan vasculaire reacties met hoge nauwkeurigheid. Deze gelijktijdige data-acquisitie is essentieel voor het begrijpen van de ondersteuning van neurale activiteit door de bloedtoevoer, een proces dat bekend staat als neurovasculaire koppeling. Een belangrijk voordeel van HyFMRI is het niet-invasieve karakter, wat betekent dat er geen chirurgie of schade aan het hersenweefsel nodig is. Dit is van vitaal belang voor langdurige studies die de veranderingen in het brein over tijd volgen, bijvoorbeeld door ontwikkeling, ziekte of behandeling.
De ontwikkeling vereiste de synchronisatie van fluorescentiedetectie met MRI-sequenties en het gebruik van geavanceerde computeralgoritmen voor de verwerking en combinatie van de complexe data. Vroege tests in diermodellen hebben succesvol de stimulus-geïnduceerde neuronale activiteit aangetoond, parallel aan calciumgolven in astrocyten en de bijbehorende veranderingen in bloedtoevoer. Deze bevindingen onderstrepen de onderlinge verbondenheid van hersencellen en hun vasculaire ondersteuningssysteem, en bieden aanwijzingen over hoe het brein informatie verwerkt en energie beheert.
HyFMRI heeft het potentieel om de studie van neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer, beroertes en epilepsie aanzienlijk te bevorderen, aandoeningen waarbij problemen met neurovasculaire koppeling en astrocyten worden vermoed. Door deze pathologische veranderingen gedetailleerd in kaart te brengen, kan de techniek bijdragen aan vroegere diagnoses en een betere monitoring van de effectiviteit van behandelingen.
Naast klinische toepassingen biedt HyFMRI een rijker begrip van de actieve rol die astrocyten spelen in de hersenberekening, wat hun traditionele rol als louter ondersteunende cellen overstijgt.
De onderzoekers benadrukken ook de flexibiliteit van de techniek, die aangepast kan worden om andere celtypen of zelfs specifieke neurotransmitters te bestuderen door gebruik te maken van verschillende fluorescerende probes.Hoewel momenteel toegepast in diermodellen, wordt er gewerkt aan de aanpassing van HyFMRI voor menselijke studies, wat de diagnostiek en het onderzoek van het brein ingrijpend zou kunnen veranderen. Deze doorbraak stimuleert verdere innovatie in de combinatie van verschillende beeldvormingstechnologieën en bevordert samenwerking tussen diverse wetenschappelijke disciplines. Uiteindelijk illustreert HyFMRI hoe het samenvoegen van technologieën kan helpen bij het ontrafelen van de complexiteit van het brein, en een meer holistisch beeld biedt van hoe cellulaire interacties cognitie en gedrag aansturen. Dit onderzoek, gepubliceerd in Light: Science & Applications, wordt verwacht ontdekkingen in de neurowetenschappen en geneeskunde te versnellen.
De rijke data gegenereerd door HyFMRI opent ook de deuren voor kunstmatige intelligentie om complexe hersenpatronen te analyseren, wat mogelijk kan leiden tot gepersonaliseerde neurowetenschappelijke benaderingen. Kortom, HyFMRI stelt een nieuwe standaard voor hersenbeeldvorming, biedt een ongekend venster op de ingewikkelde werking van het brein en luidt een nieuw tijdperk van ontdekkingen in.