Jak obejrzeć mózg żywego człowieka?

Próbuje w tych felietonach przybliżać Czytelnikom różne obszary współczesnych badań naukowych. Dzisiaj opowiem o badaniach mózgu, ponieważ od poniedziałku zaczyna się w Krakowie kolejny „Tydzień mózgu”. Będzie można codziennie słuchać wykładów na temat tego wspaniałego narządu, który wszyscy posiadają, a niektórzy nawet czasem używają. Nie będę próbował streszczać czy omawiać tych wykładów, bo ich program jest w Internecie, ale chciałbym przy okazji wspomnieć tu o tych badaniach mózgu, w których sam uczestniczyłem, a o których w ramach „Tygodnia Mózgu” nie będzie można posłuchać. Skupię się na urządzeniach technicznych służących do obrazowania mózgu.

Trzeba sobie zdawać sprawę, że zajrzenie do wnętrza czaszki i wydobycie obrazu ukrytego w niej mózgu byłoby bez nowoczesnej elektroniki absolutnie niemożliwe. W tradycyjnych badaniach rentgenowskich mózgu obejrzeć się nie dawało, bo promieniowanie rentgenowskie, które było na tyle twarde, że mogło się przedostać przez kości czaszki, przeszywało mózg jak powietrze nie dając zobrazowania jego miękkich struktur. Z kolei promieniowanie miękkie, które mogłoby pokazać szczegóły budowy mózgu – nie potrafiło wniknąć do czaszki. Dopiero wynalazek CT (tomografii komputerowej), czyli (elektronicznej!) obróbki wyników z rentgenowskiej wielokierunkowej penetracji głowy, pozwolił zobaczyć mózg jak na przekroju anatomicznym. Godfrey Hounsfield, który opracował metodę CT, dostał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny, chociaż był inżynierem!

Jeszcze lepsze wyniki w badaniach mózgu może dać zastosowanie obrazowania magnetycznego (NMR, MRI), w którym jądra atomów wchodzących w skład struktur białej i szarej substancji mózgu zamieniają się pod wpływem silnego pola magnetycznego w miniaturowe nadajniki radiowe. Ich fale, odpowiednio rejestrowane i interpretowane przez systemy elektroniczne, pozwalają bardzo subtelnie różnicować tkanki o różnych właściwościach, ujawniając nowotwory, krwiaki, cysty i inne chorobowe zmiany wewnątrz mózgu. Obrazy uzyskane za pomocą magnetycznego rezonansu pokazują mózg lepiej niż tomografia komputerowa, ale badanie jest kosztowniejsze i znacznie dłużej trwa.

Elektronika pozwala nie tylko zobaczyć jak mózg jest zbudowany, ale także ujawnia to, jak ów mózg działa. Służyć do tego może specjalna odmiana magnetycznego rezonansu, zwana fMRI. Jeszcze lepsze wyniki dają badania PET, wykorzystujące krótkożyciowe izotopy promieniotwórcze. Zobrazowania PET pozwalają zobaczyć, które części mózgu są aktywne przy wykonywaniu różnych zadań – podczas relaksu albo przy wzmożonym wysiłku umysłowym, przy oglądaniu obrazów, słuchaniu muzyki, planowaniu i wykonywaniu ruchów itp. PET pozwala wykryć, że człowiek jest zakłopotany, przestraszony, zmartwiony lub … zakochany. Przed tą techniką nic się nie ukryje!

Niestety badanie PET jest bardzo kosztowne, bo te krótkożyciowe izotopy, które się w nim stosuje, muszą być wytworzone tuż przed badaniem w specjalnym urządzeniu fizyki jądrowej, tak zwanym cyklotronie.