Technika jednokanálového měření NIR spektroskopie (NIRS) se již více než dvě desetiletí úspěšně používá k měření hemodynamické odezvy na mozkovou aktivitu u dospělých i novorozenců (Hoshi 2003). Používá se k zaznamenávání funkční aktivity pro výzkum poznávání mozku a ke zkoumání vývoje mozku u kojenců (Obrig a Villringer 2003). Zjevným omezením NIRS je nedostatek jakýchkoli prostorových informací. Je přirozené uvažovat o kombinaci více měření NIRS s cílem lokalizovat původ signálů v mozku; skutečně, první studie optické topografie byly provedeny tímto způsobem (Maki a kol. 1995, Gratton a kol. 1995).
NIRS a optická topografie měří hemodynamickou odezvu po aktivaci mozku, a proto se spoléhají na prostorovou a časovou variabilitu koncentrace a okysličení hemoglobinu v krvi. Hloubka průniku optických topografických systémů se obecně předpokládá přibližně poloviční oproti vzdálenosti mezi optodami. Pro typické vzdálenosti kolem 25-35 mm to dává hloubku průniku okolo 15 mm, což je dostatečné pro odběr vzorků z dospělé kůry mozkové. Nedávné přehledy optické topografie poskytly Strangman a kol. (2002), Hebden (2003) a Koizumi a kol. (2003).
Nejčastěji používanou metodou zobrazování mozkové funkce je funkční MRI, která je citlivá na signál BOLD (Blood Oxygen Level Dependent). MRI BOLD detekuje změny signálu způsobené větší magnetickou citlivostí deoxyhemoglobinu (HHb) než oxyhemoglobinu (HbO) a dalších mozkových tkání a generuje obrazy těchto změn během několika sekund. V současné době je vnímána jako Gold Standard pro funkční zobrazování mozku částečně díky schopnosti registrovat fMRI snímky přímo na strukturální MR snímek pořízený při stejném vyšetření. Optická topografie má však oproti fMRI určité výhody, které vedly k tomu, že se vyvíjí stále větší role ve funkčním zobrazování mozku. Obrazy lze například získávat velmi rychle (akviziční rychlost 50 Hz byla prokázána Franceschini a kol. (2003)), a je levná a přenosná, což umožňuje získávat snímky u lůžka nebo v laboratoři. Mechanismy, které generují signál NIRS, navíc úzce korelují se signálem BOLD fMRI, ale přidávají informace tím, že kvantitativně rozlišují mezi změnami [HHb] a [HbO] (Strangman a kol. 2002b). Primární nevýhodou optického zobrazování je ve své podstatě nízké prostorové rozlišení, které se v nejlepším případě pohybuje kolem 10 mm. I když je však prostorové rozlišení fMRI typicky 3 mm a může být až 1 mm, běžně používané techniky zpracování obrazu modelují obraz jako vyhlazené náhodné pole, a tak před analýzou ukládají vyhlazovací filtr s Gaussovým jádrem o velikosti 8-10 mm (Turner a Jones 2003). Za určitých okolností proto může být malý rozdíl mezi efektivním prostorovým rozlišením obou technik.
Optická topografie mozku dospělých byla z velké části průkopníkem výzkumníků z Hitachi Medical Corporation (Tokio, Japonsko), kteří použili ETG-100 Optical Topography System (Obrázek 3), popsaný v oddíle 2.2, ke zkoumání řady kognitivních úkolů (Takahashi et al. 2000, Koizumi et al. 2003). Optické metody jsou velmi vhodné pro zobrazovací úkoly týkající se jazyka, protože vyšetřování je tiché, na rozdíl od fMRI (Watanabe et al. 1998). Optická topografie se začíná běžně používat u patologických stavů: Watanabe et al. (1998, 2002) ukázal, že optická topografie může detekovat změny [HbO] a [HHb] během epileptických záchvatů, a Matsuo et al. (2003) ukázal rozdíl v odezvě na prohlížení traumatických obrazů mezi normálními kontrolami a pacienty, kteří utrpěli posttraumatickou stresovou poruchu po útoku sarinovým nervovým plynem v tokijském metru v roce 1995. Mezitím Obata et al. (2003) ukázal, že zrakové evokované reakce nebyly ovlivněny alkoholem.
Hintz a kol. (2001) použili topografický systém CW k zobrazení pasivní motorické aktivity u předčasně narozených dětí. Jejich systém získá celkem 144 nezávislých měření za přibližně 3 sekundy a snímky byly rekonstruovány nelineárním přístupem. Bluestone a kol. (2001) použili ještě sofistikovanější techniku rekonstrukce obrazu k vytvoření 3D snímků zajímavé oblasti pod čelem dospělého během manévru Valsalva, při kterém je zvýšen nitrohrudní tlak (a tím snížen srdeční výdej) vydechnutím proti uzavřené dýchací cestě. Použili systém CW (Schmitz a kol. 2002) k získání dat z 15 optodes na čele s časovým rozlišením 3 Hz.
Optická topografie byla hojně používána k zobrazení funkční mozkové aktivity u dospělých i novorozenců. Během posledních pěti let se vyvinula nad rámec laboratorní techniky, která se používá k řešení otázek vedených hypotézami o neurofyziologii a vývoji mozku. Má jedinečné výhody oproti jiným technikám zobrazení mozku, včetně jeho vynikajícího časového rozlišení a schopnosti rozlišovat mezi [HHb] a [HbO]. Může být používán v přirozeném, uvolněném prostředí, takže je vhodný pro psychologické studie, a může být používán k zobrazení probuzených kojenců.
Medical Imaging wiki. Nad článek z velké části převzat odtud]