Một kỹ thuật hình ảnh hybrid tiên tiến, được gọi là HyFMRI, đang mở ra một kỷ nguyên mới trong nghiên cứu bộ não, cho phép các nhà khoa học lần đầu tiên quan sát đồng thời hoạt động của tế bào thần kinh, tế bào hình sao và lưu lượng máu trong não sống.
Công nghệ đột phá này tích hợp hai phương pháp hình ảnh mạnh mẽ: hình ảnh huỳnh quang đa kênh, sử dụng các dấu hiệu đặc biệt để theo dõi hoạt động của tế bào thần kinh và tế bào hình sao, cùng với hình ảnh Cộng hưởng từ (MRI) cung cấp thông tin chi tiết về không gian. Sự kết hợp này khắc phục những hạn chế của các phương pháp trước đây, vốn chỉ tập trung vào một khía cạnh duy nhất của chức năng não. Bằng cách hợp nhất các kỹ thuật bổ sung này, HyFMRI mang đến một bức tranh toàn diện hơn về động lực học của não bộ.
Kỹ thuật này sử dụng các protein huỳnh quang tiên tiến phát sáng khi có tín hiệu cụ thể từ tế bào thần kinh và tế bào hình sao, cho phép các nhà nghiên cứu phân biệt và theo dõi hoạt động của chúng một cách chính xác. Đồng thời, thành phần MRI lập bản đồ lưu lượng máu và mức độ oxy hóa, liên kết tín hiệu tế bào với phản ứng mạch máu với độ chính xác cao. Khả năng thu thập dữ liệu đồng thời này là chìa khóa để hiểu cách hoạt động của tế bào thần kinh được hỗ trợ bởi nguồn cung cấp máu – một quá trình được gọi là khớp nối thần kinh-mạch máu.
Các tế bào hình sao, từng bị xem là chỉ có vai trò hỗ trợ, giờ đây được công nhận là có vai trò năng động trong việc điều chỉnh chức năng não và hành vi, bao gồm cả việc điều chỉnh giao tiếp giữa các tế bào thần kinh.
Một lợi thế đáng kể của HyFMRI là tính không xâm lấn, nghĩa là nó không yêu cầu phẫu thuật hoặc gây hại cho mô não đang được nghiên cứu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các nghiên cứu dài hạn theo dõi sự thay đổi của bộ não theo thời gian.Việc phát triển HyFMRI đòi hỏi sự đồng bộ hóa giữa việc phát hiện huỳnh quang và các chuỗi xung MRI, cùng với việc sử dụng các thuật toán máy tính phức tạp để xử lý và kết hợp dữ liệu đa dạng. Các thử nghiệm ban đầu trên mô hình động vật đã chứng minh thành công khả năng quan sát đồng thời hoạt động của tế bào thần kinh, sóng canxi trong tế bào hình sao và những thay đổi tương ứng trong lưu lượng máu khi có kích thích. Những phát hiện này nhấn mạnh sự kết nối chặt chẽ giữa các tế bào não và hệ thống mạch máu hỗ trợ chúng.
Khả năng của HyFMRI trong việc lập bản đồ chi tiết những thay đổi bệnh lý này có tiềm năng hỗ trợ chẩn đoán sớm và theo dõi hiệu quả điều trị tốt hơn cho các tình trạng thần kinh như bệnh Alzheimer, đột quỵ và động kinh.
Ngoài các ứng dụng lâm sàng, HyFMRI còn mang đến sự hiểu biết phong phú hơn về vai trò chủ động của tế bào hình sao trong tính toán của não bộ.
Kỹ thuật này có thể được điều chỉnh để nghiên cứu các loại tế bào khác hoặc thậm chí các chất dẫn truyền thần kinh cụ thể.Mặc dù hiện tại đang được sử dụng trên mô hình động vật, các nỗ lực đang được tiến hành để điều chỉnh HyFMRI cho các nghiên cứu trên người, điều này có thể mang lại sự thay đổi lớn trong chẩn đoán và nghiên cứu não bộ. HyFMRI là minh chứng cho thấy việc hợp nhất các công nghệ có thể giúp làm sáng tỏ sự phức tạp của não bộ, mang lại một cái nhìn toàn diện hơn về cách các tương tác tế bào thúc đẩy nhận thức và hành vi.
Dữ liệu phong phú do HyFMRI tạo ra cũng mở ra cánh cửa cho trí tuệ nhân tạo phân tích các mẫu não phức tạp, có khả năng dẫn đến các phương pháp khoa học thần kinh cá nhân hóa.
Kỹ thuật này được công bố trên tạp chí Light: Science & Applications, hứa hẹn sẽ đẩy nhanh các khám phá trong khoa học thần kinh và y học.