Az eddig ismertnél milliószor nagyobb sebességgel lehet vizsgálni az agyat magyar kutatók új módszerével. Az is különlegesség, hogy nemcsak az elaltatott kísérleti állatok agytevékenységét lehet így megfigyelni, hanem az éber, mozgó és éppen gondolkodó állatokét is. A csapat azt reméli, hogy a módszert hamarosan az orvostudomány is felhasználhatja majd.
Ha egy gondolkodó agyat szeretnénk vizsgálni, akkor mik az alapvető nehézségek, amiket le kell küzdenünk, amivel szembe kell néznünk?
A nehézség ebben az, hogy ha az agy gondolkodik, akkor az állatnak ébren kell lennie. Viszont ha ébren van, és mozog, akkor az agy is megmozdul, mert az agy rugalmas szalagokon keresztül van felfűzve.
Azt tapasztalták, hogy ha nem éber és nem gondolkodó állat agyát mérik, akkor nagyon más lehet az agyműködés, mint éber állapotban. A jelek nagyon lelassulnak és nagyobb szinkronizációk jönnek létre. Így éber állatban ritkásabb, szétszórtabb mintázatok jelennek meg.
Ezért ha azt tanulmányozzuk, hogy hogyan működik egy agy, akkor alapvetően éber állaton kell ezeket a méréseket végezni.
A legnagyobb kihívást az jelentette, hogy ezek a finom elmozdulások teljesen el tudják mosni az információt. Hiszen az agy elemi alkotórészének a mérete legalább egy nagyságrenddel kisebb, mint azok a mozgások, amelyek az éber állatban megjelennek.
Önök egy olyan új megoldást alkalmaznak, ami kiküszöböli ezt a problémát. Ez a gyakorlatban mit jelent?
Ultrahangot eresztünk be átlátszó kristályokba. A korábban gázgyújtó készülékekben használt átlátszó kristályok oldalára piezoelektromos meghajtót szerelünk fel, és elektromos áram hatására rezgésbe jönnek. Egy haladó hullám keletkezik az átlátszó kristályban, amely eltéríti a fényt.
A haladó hullám tulajdonképpen egy optikai rácsot hoz létre, és a térben x, y, z-koordináták mentén tudunk mozdulni a fénnyel.
A megoldásunk újszerűsége az volt, hogy kitaláltunk egy olyan 20-30 oldalas matematikai képletrendszert, amellyel úgy tudjuk vezérelni ezeket a haladó ultrahanghullámokat, hogy közben a fény egy adott pályán menjen.
A trükkünk az volt, hogy
megfejtettük azt a matematikát,
amelynek segítségével a létrejövő térbeli mozgást meg tudjuk feleltetni a kristályok vezérlő jelével.
Így egyértelmű megfeleltetést tudtunk létrehozni a vezérlő jelek és a térbeli mozgás között.
Korábban ilyen tudományos munka nem született annak ellenére, hogy 40-50 éve ismerik azt a technológiát, amelynek során átlátszó kristályokba eresztett hanggal elterelik a lézerfényt.
Mennyivel gyorsabb ez a megoldás, mint a korábbiak?
Önmagában az alaptechnika, amit kidolgoztunk,
körülbelül egymilliószor gyorsabb sebességeket tesz lehetővé.
Elég kiterjedt tartományokkal dolgozunk, most már köbmilliméteres tartományokat tudunk mérni, és nemsokára ennél is nagyobb tartományokat tudunk vizsgálni.
Azt szoktuk mondani ugyan, hogy nagyságrendileg egymilliószorosára növeltük a sebességet, de valójában már ennél is sokkal nagyobb értéket ki tudunk hozni.
Idegsejt- illetve nyúlványaktivitást látnak így. A gyakorlatban mire használható ez a mérés?
Gyakorlati szempontból az lesz majd
a nagy áttörés, amikor ezt a technikát be tudjuk vezetni az orvosi alkalmazásokba is.
Azon dolgozunk most, hogy mielőbb eljussunk odáig, hogy humán, orvosi vizsgálatokat tudjunk végezni diagnosztikai vagy terápiás céllal.
Tudomásunk szerint nincs a világon még olyan műtő vagy laboratórium, ahol ezeket a vizsgálatokat el tudnák végezni emberen. Az igény azonban nagy, hiszen agysebészeti műtétek során jelenleg nem vizsgálják az agy funkcióját. Vannak más képalkotó eljárások, de ezek időbeli vagy térbeli felbontása sokkal rosszabb, nem teszi lehetővé, hogy feloldható legyen ez az igen összetett struktúra.
Az igény az, hogy gyakorlatilag néhány századnanométeres skálán fel tudjuk bontani ezeket a struktúrákat. Erre jelenlegi ismereteink szerint csak ez a módszer alkalmas.
Nem titkolt szándékunk, hogy az agy mélyebb működését megértsük. Számos olyan kutatás folyik a laboratóriumunkban, és számos olyan felfedezésünk van, amely remélem, hogy nem sokára nagyon magas szintű lapokban fog megjelenni, mert
alapjaiban tudjuk átírni például a látás mechanizmusát.