概要
- 脳活動から視覚情報を再構築する技術の進展
- MRIレベルの詳細を持つ新しい超音波ハードウェアの開発
- 頭蓋骨を貫通する超音波による高解像度脳血管イメージングの達成
- マイクロバブルを活用した超解像度画像化技術の紹介
- コントラスト剤不要の脳血管イメージングへの展望
脳活動から画像を再構築する技術の衝撃
- 数年前に発表された論文で、 脳活動のみから見ている画像を再構築 できることが示された
- MindEyeなどのfMRIデータ解析による、 見た画像と再構築画像の比較 事例
- テレパシー的未来の可能性を感じさせるが、 MRI装置が必要 という現実的な制約
- 脳インターフェース分野の最大のボトルネックは ハードウェア の限界
- 頭蓋骨に穴を開けて電極を挿入する方法
- EEGなど頭外からの低解像度計測
- 新しい超音波ベースのハードウェア を開発中
超音波を用いたMRIレベル脳活動計測
- ドリル不要 かつ MRI並みの詳細 を実現する新型デバイス
- 神経活動と血流の関連性を利用
- ニューロン発火時に血流が増加
- 超音波を頭蓋骨越しに送信し、 赤血球の散乱波を計測
- 脳全体の 血流・血液量マップ を構築
汎用的なマインドインターフェースの要件
- 広範囲の脳領域 を計測可能であること
- 1000個の電極でも脳の0.001%しかカバーできない現状
- 思考は脳全体に分散
- 高解像度 が必要
- EEGやMEGは広範囲だが画像がぼやける
- 物理的制約による限界
- Neurovascular ultrasound は両要件を満たす
- 100万ピクセル超の独立計測が可能
- 頭蓋骨除去時に有効性実証済み
- 課題は 頭蓋骨を残したまま の計測
世界初の頭蓋骨越し超音波3D脳血管画像
- 超音波を使い、頭蓋骨越しに生体脳の血管画像 を取得
- 大血管、皮質動脈、細動脈まで可視化
- 世界初の 3D超音波ローカリゼーション顕微鏡画像
- 同等のCT画像より 体積解像度が100倍高い
マイクロバブルによる超解像度画像化技術
- マイクロバブルで 回折限界を突破
- 超音波の波長より近い2点は通常分離不可
- バブルを 希薄に注入 し、各バブルの中心を高精度特定
- バブル通過時の位置情報を 累積して高詳細画像化
- バブルは 硫黄六フッ化物ガスの脂質シェル包接体
- FDA承認済みコントラスト剤
- 4分間連続注入で計測
- バブル中心を フレーム間追跡し、3D血流トラッキング 可能
コントラスト剤不要の脳血管イメージングへの展望
- コントラスト剤ありで 頭蓋骨越し高詳細血管像 の実現に成功
- 目標は コントラスト剤不要 の超音波脳血管イメージング
- ハードウェア進化
- 超音波装置が スマートフォンサイズ・低価格化
- データ解析進化
- 赤血球散乱信号は微弱だが 機械学習と大規模データ で抽出可能と予想
- 現在、 世界最大規模の脳血管超音波データセット を収集中
- 脳卒中、アルツハイマー、外傷など 従来法で捉えきれない血管変化の診断応用 に期待
注釈
- 超解像度技術は コントラスト剤使用時限定 である点に注意
赤血球のイメージングについてですが、彼らがやっているスーパー解像度のトリックは、バブルのまばらさにかなり依存しています。低解像度で点や非常にまばらな点のセットを想像すると、それらの点の位置を明確には見えなくてもフィットさせることができます。これはラジオ天文学や(個人的な知識はないですが)天体測定でよく使われる技術で、圧縮センシングはしばらく前に非常に注目されていた分野です。でも、赤血球は変な柔らかいもので、血流の中にかなり密に詰まっています。ChatGPTによると、赤血球は約20µm間隔で配置されていて、毛細血管に閉じ込められると約7µmの長さだそうです。(これ、少なくとも私にはそれなりに正しそうに聞こえます。)だから、赤血球の散乱特性がひどいことを無視しても、そんなにまばらではないんです。毛細血管全体を解決しようとすると、ほとんど一つの次元のまばらさを失ってしまいます。これは可能かもしれませんが、かなり難しいです。残念ながら、脳の毛細血管は約40µm間隔なので、結果は混乱するかもしれません。記事には、彼らがどの波長を使っているのか、またそのネイティブな(波長/2)解像度については書かれていませんでした。