Metodológiai sorozatunk előző részeiben már ismertettünk két technikát, az fMRI-t és a PET-et, melyek az egyes agyterületek aktivitásával összefüggő lokális véráramlásváltozást mérik. Az fMRI esetében ezt úgy érjük el, hogy kihasználjuk a vérben található deoxihemoglobin molekula paramágneses tulajdonságát, míg a PET-nél valamilyen, a véráramba kívülről bejuttatott pozitron emittáló vegyület jelenlétét detektáljuk. A most  bemutatandó közeli infravörös spektroszkópia (near infrared spectroscopy, NIRS) szintén a véráramlás megváltozását méri egy harmadik féle módon, ezzel is demonstrálva, hogy egy adott funkció vagy tulajdonság meghatározásához milyen radikálisan különböző módszereket vehetünk igénybe.

A NIRS a molekulákat alkotó atomok rezgési módozatait vizsgálja. A molekulákat felépítő atomok ugyanis nem mereven kapcsolódnak egymáshoz, hanem egymáshoz képest különböző módokon elmozdulhatnak.



Ezek a rezgési módok az atomok méretétől és egyéb tulajdonságaitól függően különböző energiájú (azaz különböző hullámhosszú) fénnyel gerjeszthetőek. A gerjesztő fény bizonyos frekvenciái a molekulában elnyelődnek, mások pedig szóródnak, illetve áthaladnak az anyagon. Az elnyelt/szóródott/áthaladt fényt vizsgálva megállapíthatjuk, hogy milyen szerkezeti egységek vannak jelen a vizsgált területen és azokból összelegózhatjuk a teljes molekulákat.


A különböző molekularezgések gerjesztéséhez szükséges frekvenciák azonban tipikusan a normál infravörös tartományba (2500-25000 nm) esnek. Ennek a tartománynak az agykutatásban való alkalmazhatóságát erősen korlátozza, hogy itt a víz nagy mértékben elnyeli az infravörös fényt, és mivel agyunk is nagyrészt vízből áll, a detektálandó fény a szövetben elveszik. Ezért egy olyan hullámhosszúságú fényt kell választanunk helyette, ami az agyszöveten is kellő mértékben át tud hatolni. Ez pedig a közeli infravörös tartomány (800-2500 nm). Az ebbe a tartományba eső sugárzás azonban nagyobb energiájú, mint a normál IR, ennél fogva némiképp máshogyan gerjeszti a molekularezgéseket. Az alábbi ábrán bal oldalon látható, hogy a normál IR fény a molekula különböző gerjesztési szintjeinek megfelelő energiával bír, vagyis egy adott hullámhosszú fény eggyel magasabb energiaszintre juttatja a molekulát. A nagyobb energiájú közeli IR fény viszont egyszerre két szinttel emeli meg a vegyület energiáját. Ez az átmenet sokkal ritkább, ennélfogva jóval nehezebben észlelhető, az így kapott spektrum pedig jóval bonyolultabb, nehezebben kiértékelhető, mint a hagyományos IR spektrum.


A technikai magyarázatok után most elérkeztünk oda, hogy megnézzük, hogyan használható a NIRS az agykutatásban. Nos, előre szólok, hogy ez egy meglehetősen szűk körben alkalmazott technika, köszönhetően annak, hogy gyakorlatilag ugyanazt (a lokális véráram mennyiségét) méri, mint a jóval elterjedtebb fMRI és PET, azonban azoknál rosszabb térbeli felbontással és jóval pontatlanabbul. További hátránya, hogy áthatolóképessége kisebb, így csak a külső, kérgi területek tanulmányozhatóak vele. Megvan azonban az az előnye, hogy nem kell a pácienst egy scannerbe tolva mozdulatlanságra kárhoztatni, hanem a fejre helyezett fényforrás és érzékelők segítségével szabadon mozgó alanyon is alkalmazható. Nem mellékesen jóval olcsóbb is, mint a PET vagy az fMRI. Ilyen módszerrel mutatták ki például, hogy a skizofrének rokonainál megfigyelhető (mind egészségesekhez, mind skizofrénekhez képest) kreatívabb gondolkodás a jobb oldali prefontális kéreg fokozottabb aktivitásával áll összefüggésben.


Tagadhatatlan azonban, hogy a NIRS nem egy sikertörténet, mivel jelenlegi fejlettségi szintjén meglehetősen pontatlan eredményeket szolgáltat mind térbelileg, mind kvantitatív értelemben. Ráadásul adatainak feldolgozása is bonyolult matematikai apparátust és alapos szakértelmet igényel, miközben előnye (a szabad mozgás) más, elterjedtebb módszerekkel, például az EEG-vel is elérhető. Hogy mégis rászántunk egy posztot az elsősorban annak köszönhető, hogy demonstrálni kívántuk, hogy egyetlen paraméternek, a lokális véráramlás mértékének meghatározásához is akár három radikálisan eltérő, különböző alapokon nyugvó módszert választhatunk. És a lokális véráram is csak egyetlen, nem is épp a legfontosabb paraméter, amire az agyműködés vizsgálatakor rákérdezhetünk. Hosszú lesz még ez a metodikai sorozat...