Un equipo de investigación de la Universidad de Glasgow (Reino Unido) ha logrado un gran avance: por primera vez han detectado con éxito señales luminosas que penetran todo el cráneo de un adulto.Esta última investigación, publicada en la revista Neurophotonics, supera las limitaciones de profundidad de la tecnología óptica de imágenes cerebrales existente y se espera que conduzca a nuevos dispositivos que puedan detectar tejido cerebral más profundo.

La espectroscopia de infrarrojo cercano (fNIRS) se ha utilizado durante décadas como un medio no invasivo para detectar la función cerebral. El principio es reflejar indirectamente la actividad neuronal analizando los cambios en la absorción de luz infrarroja cercana de longitudes de onda específicas por parte del flujo sanguíneo cerebral.

Aunque tiene las ventajas de portabilidad y bajo costo, el fNIRS tradicional tiene limitaciones importantes: la luz sólo puede penetrar a una profundidad de unos 4 centímetros en la superficie del cerebro, lo que dificulta alcanzar áreas profundas del cerebro estrechamente relacionadas con la memoria, la regulación de las emociones, las funciones motoras, etc.

Para superar este problema, el equipo de investigación diseñó un plan experimental innovador: utilizar un láser pulsado de alta potencia como fuente de luz, junto con un detector de fotón único de sensibilidad ultraalta, y realizar mediciones en condiciones estrictamente protegidas de la luz ambiental.Finalmente, lograron registrar débiles señales de luz que entraban por un lado de la cabeza, penetraban todo el cráneo y salían por el otro lado.

Para garantizar la confiabilidad de los resultados, el equipo no solo realizó experimentos precisos de penetración en el cráneo humano, sino que también utilizó tecnología de simulación por computadora para reconstruir completamente la ruta de propagación de la luz en las estructuras de múltiples capas del cráneo (como el cuero cabelludo, el cráneo, el líquido cefalorraquídeo y el tejido cerebral). Los resultados de la simulación son muy consistentes con los datos experimentales y revelan un fenómeno importante: cuando los fotones atraviesan tejido cerebral complejo, se propagan preferentemente a lo largo de estructuras con coeficientes de dispersión más bajos, como el líquido cefalorraquídeo.

Aunque la tecnología actual todavía tiene limitaciones (un solo proceso de detección tarda unos 30 minutos y los sujetos deben tener la piel clara y no tener áreas de pelo), este estudio de prueba de principio proporciona una nueva idea de diseño y una base física para el desarrollo de sistemas fNIRS de próxima generación.

El equipo de investigación predice que con la optimización iterativa continua de fuentes de luz, detectores y algoritmos relacionados, se espera que este método de detección óptica penetrante se convierta en una solución de imágenes cerebrales profundas portátil y económica.En el futuro, esta tecnología se podrá aplicar al diagnóstico rápido junto a la cama o in situ de accidentes cerebrovasculares, traumatismos cerebrales, tumores cerebrales y otras enfermedades, especialmente en escenarios especiales donde no se pueden utilizar grandes equipos de resonancia magnética (como tratamientos médicos de campo y áreas de escasos recursos).