科学家用激光穿透人脑，开启廉价脑成像新时代
格拉斯哥科学家用激光穿透人脑，挑战传统脑成像局限。新技术有望以低成本实现深层脑部扫描，助力中风诊断和脑健康评估。
在格拉斯哥大学的实验室里，科学家们完成了一项看似不可能的任务：让激光穿过整个人类头颅。这项突破为开发廉价、便携、深入脑部的成像技术铺平了道路。过去，想窥探大脑内部只能在两种设备间取舍：脑电图仪价格低廉但仅能捕捉大脑表层信号，功能性磁共振成像虽能深入脑部却昂贵笨重。如今，Daniele Faccio领导的团队让人们看到了新希望。
人体头颅对光线几乎密不透风，近红外光成像技术因此受限多年。这种光对人体组织相对透明，但即便如此，研究团队发现，只有十亿分之一的近红外光子能从头部一侧穿到另一侧。面对如此微弱的信号，Jack Radford坦言，研究曾一度陷入困境：“有时候我们觉得这根本不可能，因为多年来我们连一点信号都看不到。”但团队从未放弃，他们从一块模拟头颅厚度的散光材料开始实验，逐步验证光线能穿过类似距离，最终将实验搬到真人头上。
经过多次实验设置的迭代，最终找到了每十亿亿个光子中唯一一个穿过头部的光子。
实验中，团队用1.2瓦的激光器发射800纳米波长的光，从志愿者头部一侧射入，另一侧的探测器捕捉光子。数百万光子的传播时间被记录下来，揭示了它们在头颅中的不同路径。团队还模拟了光子轨迹，实验与模拟数据的高度吻合证明，他们捕捉到的不是房间内的杂散光子。为了提高信号质量，团队费尽心思：用黑布盖住志愿者头部，将实验装置放入黑色箱体，甚至让志愿者钻进睡袋，再加一层黑色罩子。他们还尝试不同激光器、调整光束大小和波长，甚至用自行车头盔和下巴带固定设备。Radford笑着说：“整整五年，我们都在试错，才有了今天的成果。”
激光发射的50个光子穿过人类头部后，从左侧(红色)到达右侧(绿色)探测器的可能路径。
这项技术的潜力令人振奋。杜克大学生物医学工程教授Roarke Horstmeyer指出，现有光学成像技术仅能扫描大脑表面，而新方法有望触及更深处，为临床诊断打开新局面。Radford特别看好它在脑健康评估中的应用。目前，认知衰退、神经退行性疾病或脑震荡等状况只能靠问卷评估，缺乏客观指标。深层光学成像或能提供更精准的诊断工具，追踪大脑健康的变化。
另一个令人期待的应用是中风的快速诊断。中风治疗需在数小时内通过CT或MRI确定病因，但这些设备昂贵且不普及，误判可能致命。Radford设想，一种床旁光学脑成像仪能快速识别中风原因，降低成本并挽救生命。他兴奋地说：“医生们常觉得磁共振成像遥不可及，但现在我们有了新选择，可以和他们一起探索如何助力诊断和治疗。”
然而，技术仍面临挑战。实验仅证明光子能穿过头部，未实现深层脑部成像。Horstmeyer提醒，这项技术尚处早期阶段。此外，实验在八名志愿者中仅对一名皮肤较白、无头发的志愿者成功检测到信号。头骨厚度、肤色甚至发型都可能干扰光子传播。Radford认为，调整激光功率和光束大小或许能克服这些差异，但可能会牺牲空间分辨率。他坦言：“这仍是个未解难题。”
尽管如此，这项研究的意义在于证明了不可能变为可能。Radford强调：“我们的目标是展示光子能穿过整个头部。希望这能激励下一代设备的诞生。”从实验室的黑箱到未来的医院病房，这束激光或许将照亮大脑深处的秘密，为医疗带来革命性变革。
