Ostatnie badanie podkreśla potencjał funkcjonalnych urządzeń spektroskopii bliskiej podczerwieni (FNIRS), tradycyjnie stosowanej do obrazowania mózgu, w celu zwiększenia funkcji poznawczych poprzez proces znany jako fotobiomodulacja (PBM). To przełomowe badania, prowadzone przez profesora. Matteo Martini z University of East London i profesor Natalia Arias z University of Nebrija oznacza znaczną zmianę w zastosowaniu technologii FNIRS z narzędzia diagnostycznego na wzmacniacz poznawczy. Odkrycia zostały opublikowane w recenzowanym czasopiśmie, Behavior Research Methods.
Funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni (FNIRS) działa poprzez pomiar zmian hemodynamiki mózgu, stosując światło bliskiej podczerwieni do wykrywania zmian natleniania tkanek. Historycznie FNIRS był chwalony za swoją przenośność, bezpieczeństwo i tolerancję na ruch, co czyni go preferowanym wyborem do badania aktywności mózgu w różnych populacjach. Jednak ostatnie odkrycia sugerują, że światło bliskiej podczerwieni może również modulować aktywność nerwową, zjawisko określane jako fotobiomodulacja (PBM). „Nasze badanie wskazuje, że standardowe zastosowanie urządzeń FNIRS generuje PBM, wpływając na poznanie” – powiedział profesor Martini.
W swoim badaniu naukowcy przeprowadzili serię testów poznawczych na uczestnikach, z jedną grupą noszącą aktywne urządzenia FNIRS, podczas gdy inna grupa nosiła nieaktywne. Testy koncentrowały się na funkcjach kory przedczołowej, ocenie czasów reakcji i dokładności w zadaniach związanych z pamięcią, uwagą i funkcją wykonawczą. Co ciekawe, grupa z aktywnymi urządzeniami wykazywała szybszy czas reakcji i poprawę dokładności w porównaniu z grupą kontrolną. Wskazuje to, że FNIR, poprzez PBM, mają namacalny wpływ na zwiększenie wydajności poznawczej.
Istotnym aspektem tego badania była rygor metodologiczny. Każdy uczestnik przeszedł oceny poznawcze przed i po noszeniu urządzeń FNIRS. Zadania obejmowały opóźnione zadanie dopasowane do próbek (DMS), zadanie zliczania wstecznego (BCT) i test estroopowy. Grupa eksperymentalna, która nosiła aktywne urządzenia, wykazała znaczącą poprawę we wszystkich zadaniach w porównaniu z grupą kontrolną. Na przykład w zadaniu DMS grupa eksperymentalna wykazała znacznie szybszy czas reakcji i wyższą dokładność po stymulacji. Wyniki te były spójne w różnych domenach poznawczych, wzmacniając potencjał FNIR w wzmocnieniu poznawczym.
Zespół Profesor Arias Research opracował mechanizm leżący u podstaw PBM, zauważając, że światło w bliskiej podczerwieni oddziałuje z oksydazą cytochromu C (CCO) w mitochondriach, przywracając aktywność łańcucha transportu elektronów i poprawiając metabolizm energii. Sugeruje się, że ten efekt neuromodulujący ma długotrwałe skutki, potencjalnie oferując nieinwazyjne środki do zwiększania funkcji poznawczych u zdrowych osób, a także osób z zaburzeniami poznawczymi.
Profesor Martini i profesor Arias podkreślili nowość swoich ustaleń: „Nasze badanie jest pierwszym, które wykazało, że konwencjonalne urządzenie FNIRS, gdy jest używane do swojego głównego celu, działa również jako wzmacniacz poznawczy za pośrednictwem PBM. Ta podwójna funkcjonalność otwiera nowe możliwości zarówno dla badań, jak i praktycznych zastosowań w terapiach ulepszenia poznawczego. ”
Implikacje tych badań są głębokie. Urządzenia FNIRS, już cenione ze względu na ich zdolności diagnostyczne, mogą stać się potężnymi narzędziami w zwiększaniu funkcji poznawczych, potencjalnie pomagającym w leczeniu spadku poznawczego związanego ze starzeniem się, urazami mózgu i chorobami neurodegeneracyjnymi. Ponadto wyniki badania sugerują, że FNIR mogą być wykorzystane do zwiększenia wyników poznawczych u zdrowych osób, oferując korzyści w warunkach edukacyjnych i zawodowych oraz otwieranie drzwi do nieinwazyjnych terapii starzenia się.
Ujawniając nową rolę, jaką urządzenia FNIRS mogłyby odgrywać w modulowaniu działalności poznawczej, autorzy tego badania chcą również porozmawiać ze społecznością naukową i ostrzec badaczy o możliwych skutkach interaktywnych, które można wygenerować podczas „konwencjonalnego” korzystania z takiego narzędzia. Profesor Martini i profesor Arias sugerują prosty sposób na przezwyciężenie wady protokołu i uzyskanie eksperymentalnej kontroli nad tymi efektami, aby ujawnić rzeczywistą skuteczność badanej interwencji (Martini i Arias, 2024).
Podsumowując, badania przeprowadzone przez profesora Martini i grupy badawcze profesora Arias przedstawiają przekonujący przypadek poprawy poznawczej technologii FNIRS. Ich badanie nie tylko poszerza zrozumienie FNIR, ale także toruje drogę do jego zastosowania w poprawie zdrowia poznawczego. W miarę ewolucji dziedziny neurobiologii integracja technologii diagnostycznych i terapeutycznych, takich jak FNIRS, obiecuje znaczny postęp w naukach poznawczych i zdrowia psychicznym.
Referencje dziennika
Waight, JL, Arias, N., Jiménez-García, Am i in. Od funkcjonalnego neuroobrazowania do neurostymulacji: urządzenia FNIR jako wzmacniacze poznawcze. Behav res 56, 2227–2242 (2024). Doi: https://doi.org/10.3758/s13428-023-02144-y
Martini, M i Arias, N. Rozpuszczanie wpływu stymulacji światła i ćwiczeń w bliskiej podczerwieni na funkcje poznawcze w badaniach FNIRS. Neuroimage 2024 15 kwietnia: 292: 120615. Doi: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2024.120615
O autorach
Dr Matteo Martinijest obecnie profesorem psychobiologii i neuronauki poznawczej oraz głównym badaczem w Laboratorium Neuronautycznym poznawczym i afektywnym na University of Foggia. Otrzymał tytuł magistra psychologii eksperymentalnej, a następnie doktorat. W neuronauce poznawczej z Sapienza University we Włoszech. Po pracy podoktoranckiej w Institut d’Envestigacions Biomèdiques August Pi I SUNYER, Hiszpania, otrzymał role jako wykładowca i starszy wykładowca na Wydziale Nauk Psychologicznych na University of East London w Wielkiej Brytanii. Badania Martiniego obejmują różne aspekty funkcjonowania poznawczego, od badania bólu i nocycepcji, po najnowsze badanie potencjalnego wzmocnienia poznawczego poprzez różne interwencje, takie jak aktywność fizyczna i stymulacja mózgu.
Dr. Natalia Arias Ukończył biologię i psychologię, Master in Neurosciences, Doctor in Psychology i PI grupy badawczej Brabe na Wydziale Life and Nature Sciences. Jej doświadczenie dydaktyczne obejmuje różne systemy uniwersyteckie, specjalizujące się w monitorowaniu i maksymalizacji wyników studentów w środowiskach uniwersyteckich. Na poziomie badań jest zainteresowana badaniem nieinwazyjnych metod leczenia we wczesnych stadiach neurodegeneracji, a także w poszukiwaniu biomarkerów w tych chorobach. Jej obawy obejmują próby przedkliniczne po tłumaczenie ludzkie, co znajduje odzwierciedlenie w licznej współpracy z uniwersytetami krajowymi i zagranicznymi i firmami.
