是一种依靠红外激光的便携式脑震荡探测器
由于没有办法可靠地判断运动员是否患有脑震荡，许多人可能带着未确诊的损伤打球。同样，每年有200万人死亡，因为我们在脑细胞死亡时没有预警，另有400万人患有认知障碍。
现在，一组医生和工程师已经开发出一种非侵入性的方法来测量是否大脑使用红外激光，细胞处于危难状态。他们的设备使用光纤将红外光脉冲传送到人的前额。这种光可以穿透皮肤和头骨到达大脑而不会造成伤害。它与一种被称为细胞色素C氧化酶(CCO)的重要代谢分子相互作用。
而现有的技术可以提供实时信息关于大脑是否获得氧气，这个新设备提供了脑细胞是否能够使用氧气的信息。这一信息可以使脑震荡在体育赛事的场边得到诊断。或者，当医生在急诊室、手术室或重症监护室调整治疗方案时，它可以提供快速反馈。
电子工程和计算机科学教授Mohammed Islam将在超级碗周日在旧金山举行的Photonics West会议上展示这项研究。他和他在密歇根医学院、运动机能学学院以及文学、科学和艺术学院的合作者向我们介绍了这项新技术的工作原理。
这对什么样的病人有帮助?
Steven Broglio，密歇根脑震荡中心主任和运动训练教授:在过去的十年里，运动中的脑震荡一直是人们关注的焦点，但士兵也有很高的风险。脑震荡可能发生在任何人身上。
目前，还没有一种测试可以诊断脑震荡。没有扫描，没有血液测试，没有电脑测试。我们目前依赖于临床检查和医疗提供者的解释，因此诊断是主观的。我们相信，这项技术是通过测量大脑代谢来改变这一现状的第一步，可能会导致更快、更准确的诊断。
你越快发现脑震荡，你就能越快开始休息和逐渐恢复正常活动的恢复过程。过去10年的研究表明，早点休息可以缩短恢复时间，帮助人们重返学校、工作和服兵役。
蕾切尔·罗素(Rachel Russo)，创伤和急诊外科医生和临床讲师:这种设备可以指导治疗更严重的脑损伤和其他危及大脑的疾病。在其最广泛的应用中，它可以帮助那些血压下降到没有足够的血液流动来保持细胞正常功能的患者。当一个人病得很重或失血过多时，就会发生这种情况。我们需要让他们保持在“适居区”——他们的血压必须高到足以给细胞提供氧气，低到足以阻止受伤组织出血。
在急诊室和重症监护室(ICU)，在创伤性脑损伤愈合期间，患者有时会处于医学昏迷状态。这将是第一个可以测量他们的大脑细胞在病房里做得很好
测量细胞色素C氧化酶能告诉你什么?
心理学副教授Ioulia Kovelman:它可以告诉我们组织是否健康，代谢或“进食”是否正常——比如健康人的大脑与遭受脑震荡或患有阿尔茨海默病、肌萎缩性侧索硬化症(ALS)或其他类型的大脑功能障碍或创伤的人的大脑的对比。
Russo:当细胞处于困境时，CCO会下降。其中一个挑战是，我们不知道是否有一个普遍的阈值，表明有问题，就像我们在进行血液计数时，对不同的标记物有正常的范围一样。这是我们未来想要探索的领域之一。
但即使没有行动的阈值，我们相信我们可以观察到患者的细胞代谢如何随着时间的推移而变化，并将其与其他生命体征联系起来。这可以给我们一个早期的迹象，表明他们是如何恢复的，以及是否需要更积极的治疗。
该设备如何测量CCO?
Islam: CCO的一部分会被波长在750纳米到900纳米之间的光激发。如果你拨动小提琴上的一根弦，你会听到它的共振频率。CCO有，如果你喜欢，我们用激光拨动一根弦，我们可以看到我们记录的光的共振频率。
为什么以前没有这样做过?
Islam:之前的实验使用了红外线灯，但是CCO的信号不是很清晰。血红蛋白告诉我们血氧水平，也对我们用来探测CCO的波长范围有反应，它在人类组织中的含量是CCO的10到20倍。我们需要来自CCO的更强的信号来将其与血红蛋白和体内其他分子区分开来，我们通过使用比灯亮近10倍的激光得到了更强的反应。
亮度的增加，以及测量过程中抑制噪音的测量技术，对于使用便携式非侵入性设备在认知注意力测试中实现CCO的结结性测量至关重要。这种注意力测试常用于脑震荡患者。
你的实验说明了什么?
科维尔曼:在我们的研究中，我们要求参与者完成一项由心理学、认知学和认知神经科学教授丹尼尔·韦斯曼(Daniel Weissman)开发的注意力任务。这项任务可以用来研究健康的注意力，比如儿童的注意力发展，或者可能有脑损伤或脑震荡的人的注意力障碍。
当人们完成这项注意力任务时，我们看到他们额叶的含氧血流量增加，额叶是大脑中位于前额后面的部分，对能够集中注意力至关重要。随着含氧血流量的增加，我们还看到了大脑CCO氧化还原状态的变化——换句话说，随着氧气供应的增加，忙于完成任务的额叶神经元的氧气消耗也在增加。这意味着我们的新方法可以有效地测量大脑代谢，这是大脑功能的一个指标。
所有的细胞都需要氧气和能量，不仅仅是大脑。这个设备能检测其他器官的问题吗?
罗素:我们认为可以。我们将不得不调整测量的深度，但我们可能能够观察到其他有衰竭风险的器官，例如心脏、肺或肾脏。
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