Здоровье сосудов в коре головного мозга можно измерить по способности сосудов сужаться или расширяться при различных физиологических условиях. Измерение сосудистой реактивности может быть полезным в диагностике и лечении неврологических состояний, связанных с церебральной микрососудистой дисфункцией, таких как деменция, черепно-мозговая травма (ЧМТ) и даже старение 1,2,3,4. Кроме того, CVR может быть использован в качестве прогностического и/или фармакодинамического биомаркера для неврологических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера5 или ЧМТ 6,7,8,9,10. Существуют хорошо зарекомендовавшие себя методы визуализации для изучения CVR у людей и животных. Типичный метод включает функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) в сочетании с экзогенными или эндогенными стимулами, такими как гиперкапния11, задержка дыхания или ацетазоламид2. Lu et al.12,13 продемонстрировали, что простая система доставки газов в сочетании с МРТ (MRI-BOLD) позволяет получить точные карты CVR всего мозга.
Нарушение кровотока, объема и скорости метаболизма кислорода в мозговой сосудистой системе приводит к изменениям концентраций HbO и HbR в тканях. Поглощение света тканями в ближнем инфракрасном диапазоне чувствительно к изменениям концентрации форм гемоглобина, таких как HbO и HbR. Таким образом, измерение обратного рассеянного света с течением времени может количественно оценить изменения концентраций HbO и HbR в самой наружной коре головного мозга (примерно 2 см)15 и может быть использовано для оценки временных гемодинамическихизменений16 , включая цереброваскулярную реактивность (ЦВР)17.
В нашей исследовательской парадигме мы используем прибор fNIRS с непрерывной волновой функцией. Устройство состоит из 4 источников и 10 детекторов, которые создают 16 пар источник-детектор (см. рис. 1). Пары источник-детектор отлиты вместе на силиконовом ремешке, который можно легко надеть на лоб и удерживать на месте с помощью самоклеящейся пленки. Прибор измеряет интенсивность света на длинах волн 730 и 850 нм и имеет частоту регистрации 2 Гц. Эта система была выбрана, потому что она удобна в использовании, удобна в ношении и собирает данные из префронтальной коры, области мозга, особенно уязвимой к ЧМТ. К счастью, большинство других систем fNIRS совместимы с нашей методикой сбора данных CVR, отличаясь только областями коры головного мозга, измеряемыми на основе интересующей области мозга.
В то время как фМРТ считается золотым стандартом функциональной визуализации мозга, технология fNIRS обладает уникальными преимуществами для оценки CVR по сравнению с фМРТ. Метод визуализации fNIRS обеспечивает высокое временное разрешение (с точностью до миллисекунд) и может количественно оценить изменения концентрации HbO и HbR, в то время как фМРТ измеряет только изменения HbR 18,19,20. Кроме того, приборы fNIRS портативны, экономичны и проще в эксплуатации, чем фМРТ. Наконец, технология fNIRS лучше разрешает движение субъекта, что необходимо, учитывая, что сосудистые проблемы, такие как гиперкапния, часто используются в сочетании с когнитивными илифизическими учебными задачами.
В данной статье представлена задача гиперкапнии в сочетании с технологией fNIRS. Мы измерили значения CVR и изучили воспроизводимость этого метода, надеясь предложить надежную альтернативу измерениям CVR с помощью фМРТ.