El paso de la luz a través de la cabeza humana abre nuevas puertas para obtener imágenes cerebrales

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Durante décadas, los científicos han utilizado la luz infrarroja cercana para estudiar el cerebro de forma no invasiva. Esta técnica óptica, conocida como “fNIRS” (abreviatura de “espectroscopia funcional de infrarrojo cercano”), mide cómo la sangre absorbe la luz en el cerebro para inferir su actividad. Valorado por su portabilidad y bajo costo, el fNIRS tiene un inconveniente importante: no puede ver muy profundamente en el cerebro. La luz normalmente sólo llega a las capas más externas del cerebro, a unos 4 centímetros de profundidad, lo suficiente para estudiar la superficie del cerebro, pero no regiones más profundas involucradas en funciones críticas como la memoria, la emoción y el movimiento. Este inconveniente ha restringido la capacidad de estudiar regiones más profundas del cerebro sin equipos costosos y voluminosos como las máquinas de resonancia magnética (MRI).

La detección de fotones a través de la cabeza completa de un adulto explora los límites del transporte de fotones en el cerebro, permitiendo acceder a regiones cerebrales actualmente inaccesibles mediante imágenes cerebrales ópticas no invasivas. Crédito: J. Radford et al., doi 10.1117/1.NPh.12.2.025014

Ahora, investigadores de la Universidad de Glasgow han demostrado algo que antes se creía imposible: detectar la luz que ha recorrido toda la cabeza de un adulto. Su estudio demuestra que, con la configuración adecuada, es posible medir los fotones que pasan de un lado a otro de la cabeza, incluso a través de su punto más ancho.

Para lograrlo, el equipo utilizó potentes láseres y detectores de alta sensibilidad en un experimento cuidadosamente controlado. Dirigieron un rayo láser pulsado a un lado de la cabeza de un voluntario y colocaron un detector en el lado opuesto. El sistema se diseñó para bloquear toda la luz restante y maximizar las posibilidades de capturar los pocos fotones que completaron su recorrido a través del cráneo y el cerebro.

Los investigadores también realizaron simulaciones informáticas detalladas para predecir cómo se desplazaría la luz a través de las complejas capas de la cabeza. Estas simulaciones coincidieron estrechamente con los resultados experimentales, confirmando que los fotones detectados habían recorrido efectivamente toda la cabeza. Curiosamente, las simulaciones revelaron que la luz tiende a seguir trayectorias específicas, guiada por regiones del cerebro con menor dispersión, como el líquido cefalorraquídeo.

Este avance sugiere que podría ser posible diseñar nuevos dispositivos ópticos que puedan alcanzar áreas cerebrales más profundas que las que permiten las tecnologías actuales. Si bien el método actual aún no es práctico para el uso diario (requería 30 minutos de recopilación de datos y solo funcionaba en un sujeto de piel clara y sin vello), este caso extremo de detección de luz diametralmente a través de la cabeza podría inspirar a la comunidad a replantearse las posibilidades de la próxima generación de sistemas fNIRS.

Con un mayor desarrollo, este enfoque podría facilitar la incorporación de imágenes cerebrales profundas a clínicas y hogares de forma más asequible y portátil. Esto podría, con el tiempo, conducir a mejores herramientas para el diagnóstico y el seguimiento de afecciones como accidentes cerebrovasculares, lesiones cerebrales o tumores, especialmente en entornos con acceso limitado a resonancias magnéticas o tomografías computarizadas.

El artículo Photon transport through the entire adult human head fue publicado in Neurophotonics. Autores: Jack Radford, Vytautas Gradauskas, Kevin J. Mitchell, Samuel Nerenberg, Ilya Starshynov, Daniele Faccio