16 avqust 1976-cı ildə pozitron emissiya tomoqrafiyası ilk dəfə iki sağlam könüllü üzərində sınaqdan keçirildi. Louis Sokoloff, beynin necə işlədiyini görmək üçün insan başında antimaddə istehsal etmək və orada onu məhv etmək ideyası ilə gəldi. Bu, öz çarəsizliyindən məyus olan bir psixoanalitik idi. O, beynin müxtəlif nahiyələrinin fəaliyyətinə casusluq edərək, gözlənilmədən onkoloqlara qiymətli alət bağışlayıb. Yalnız pozitron skan edilməsi bizə şişin kimyaterapiyadan keçib-keçmədiyini və ya rentgendə yalnız qalıqlarının göründüyünü dəqiq bilməyə imkan verir.
Louis Sokoloff 1921-ci ildə rus mühacirlərinin ailəsində anadan olan amerikalıdır. O, soyadını birinci hecaya vurğu ilə tələffüz etdi.
Cənubi Filadelfiyada böyüdüm, o zamanlar Üçüncü Küçədən olan bir oğlan üçün ikinci yerdə qalmağın ən yaxşısı idi. Və yadplanetlinin bəzi proqnozlaşdırıla bilən problemləri olsaydı, Üçüncünün oğlanları qonşuları ilə azmışlarla amansız atışmaya başlayardılar. Göz itkisi də daxil olmaqla xəsarətlər olub. Məktəbdə mübahisə bir performans yarışması şəklini aldı və Lui ən yüksək qiymətlə bitirərək qalib gəldi. Bu, Pensilvaniya Universitetində büdcə yeri hüququ verdi. Orada Sokoloff hüceyrə biologiyası ilə maraqlandı və laborant kimi çalışdı. Və o, İkinci Dünya Müharibəsi başlamasaydı, tibbdən nisbətən uzaq bir genetik olardı.
Budda Psixiatriyanı Necə tərk etdi
1943-cü ildə Amerika ordusu Avropaya enəndə hətta bakalavrlar da sıravi əsgər kimi hərbi xidmətə çağırılırdı. Sokoloffun rəhbəri ona möhlət hüququ əldə etmək üçün həmin universitetin tibb fakültəsinə müraciət etməyi tövsiyə etdi. Onlar orada məşq, xəritə oxuma və tank əleyhinə təlimlərlə hərbi həkimlər hazırlayıblar. Sürətləndirilmiş kurs davam edərkən, müharibə başa çatdı, lakin Sokoloff hərbçi olaraq qaldı və 9 ayda bir il sürətləndirilmiş bir stajla üzləşdi. İnternlər növbə ilə cərrahiyyə, mamalıq və ginekologiya, laboratoriya tədqiqatları, nevrologiya və psixiatriya sahələrində təcrübə keçirdilər.
Ən intellektual istiqamət olaraq Sokoloff psixiatriyaya cəlb olundu. Xəstəxanalar psixoanalizlə müalicə olunan döyüş nevrozu (travmadan sonrakı stress pozğunluğu) olan mərmi sarsıdıcı əsgərlərlə dolu idi. Onun effektivliyi Sokoloffu o qədər heyran etdi ki, könüllü olaraq hərbi psixiatr kimi xidmət etdi.
Lakin çox keçmədən psixoterapiyanın universallığına şübhələr yarandı. Başqa hallar beyin funksiyasında sözlə düzəldilə bilməyən dəyişikliklərə aid deyilmi?
Solda: Louis Sokoloff (1921-2015), pozitron emissiya tomoqrafiyası metodu ideyasının müəllifi. Yuxarı sağda: Klinikada PET-in qabaqcıllarından olan Martin Rivic (solda) və ilk pozitron emissiya tomoqrafının yaradıcısı David Cool (sağda), 16 avqust 1976-cı il. Aşağı sağda: Brookhaven Milli Laboratoriyasında nüvə təbabəti üzrə mütəxəssis olan Prantika Som (1942-2010), PET01-dən istifadə edən ilk xəstə idi.
Qəhrəmanımızın psixiatriyadan getməsi bir qədər Budda əfsanəsini xatırladır. Valideynlər əzabın varlığını Şahzadə Siddharthadan gizlədib, onu yalnız sağlam və şən gənclərlə əhatə etdilər. 29 yaşında saraydan çıxanda əvvəlcə qoca, sonra iflic, nəhayət ölü bir adamla qarşılaşanda dünyaya baxışı alt-üst oldu. Şoka düşən şahzadə saraydan ayrılaraq Qautama adını alır, fəlsəfə öyrənməyə başlayır və nəhayət maariflənməyə nail olur və Budda olur.
Sokoloffun yolunu onun bir neçə pasiyenti formalaşdırmışdı: birdən-birə iflic olan qolundan istifadə etməyi öyrənən əsgər; birdən-birə həyatını xatırlayan amneziyalı yaralı; və oruc zamanı cinsi əlaqədən sakitcə çəkinən bir nymphomaniac.
Beyin işində belə qəfil dəyişikliklərin müəyyən izahı olmalı idi. Sokoloff özünə sual verdi: “Panik atak zamanı beyinə nə olur?” Freyddən başlayaraq psixoanalitiklər narahatlıq hücumlarını onların fiziki əsaslarını anlamadan müalicə etdilər. Bu arada panik atak maddi xarakter daşıyır və elektroensefaloqrafiya ilə aşkar edilir. Bəs onun məlumatları nə deməkdir? Hansı neyronlar nasazdır, bütün beynin elektrik fəaliyyətini dəyişir?
Budda öz mənəvi axtarışında belə nəticəyə gəldi ki, insan ağlı bir şey deyil və şüur ölçülə və ya hesablana bilməz. Sokoloff isə əksinə, beynin işini ölçmək və riyazi olaraq qiymətləndirmək qərarına gəlib. 1949-cu ildə hərbi xidmətini başa vurduqdan sonra universitetin laboratoriyasında beyin damarlarında qan axınının həcmini və sürətini ölçən tibb fakültəsinin professoru, doktor Seymur Ketinin yanına getdi.
Elm adına pişiklər necə əziyyət çəkdi
Vaxt mükəmməl idi: Keti yeni tədqiqat üçün qrant almışdı və onun açılışı var idi. Belə bir maaşla iki həkimi işə götürmək olardı, amma bu barədə düşünəndən sonra Keti Sokoloffa bütün vəzifəsini verdi, çünki gənc həkimin həvəsi iki nəfər üçün kifayət idi.
Qan axını ölçərək, arteriya və damarlarda qazların konsentrasiyasını müqayisə edərək, beyində oksigen istehlakını təyin etdilər. Bu dəyər nə qədər yüksək olsa, bir o qədər çox enerji istehsal olunur və istehlak edilir. Məlum olub ki, o, yalnız komaya düşəndə və ya huşunu itirəndə yıxılır. Yatan insanın beyni oyanan insanın beyni qədər oksigen yandırır və bu baxımdan şizofreniya xəstəsinin sağlam insandan heç bir fərqi yoxdur.
Bu nəşr edildikdə, alimlər arasında nəticələrin açıq-aşkar olduğunu ələ salan və fikrin əhəmiyyətsiz olduğunu əlavə edən çoxlu “Buddistlər” var idi. Buna görə də, zehni iş zamanı enerji istehlakı sıfır və ya sonsuz kiçikdir. Beləliklə, Sokoloff və Keti, beynin stimullaşdırılmasına ən aydın şəkildə cavab verəcək xüsusi bir bölgəsində qan axını ölçmək qərarına gəldilər. Vizual korteks seçildi və eksperimental heyvan pişik idi.
İdeya ondan ibarət idi ki, intensiv müşahidə oksigen və digər qazların görmə və siqnalın işlənməsi üçün cavabdeh olan beyin mərkəzləri tərəfindən qandan daha aktiv şəkildə udulmasına səbəb olacaqdır. Radioaktiv yod-131 qaz halında trifloroiodometan şəklində qana yeridildi: qazlar beyni təsadüfən qana daxil olan çirklərdən qoruyan qan-beyin baryerini aşır. İzotop görmə mərkəzində toplanan kimi heyvanın başı kəsilib. Beyin donduruldu və nazik dilimlərə kəsildi. Sonra hər bir lövhə izotopla zəngin ərazilərin altında işığa məruz qalan rentgen filminə yerləşdirildi. Nəticə bir növ tomoqramma oldu.
Normal və xəstə bir heyvan arasındakı beyin funksiyasındakı fərqləri göstərmək üçün bəzi pişiklərin bir gözünü tikdirdilər. Üstəlik bunu anesteziyasız etmək lazım idi, çünki anesteziya altında görmə mərkəzini stimullaşdırmaq mənasızdır. Əldə edilən görüntülər beyin fəaliyyətinin dünyada ilk vizualizasiyası oldu.
Bu təcrübə beş il zəhmət çəkdi və yalnız çoxdan məlum olanı təsdiqlədi. Fizioloqlar və psixiatrlar beynin hər bir parçasının məsuliyyət sahəsini hələ Birinci Dünya Müharibəsində, başından çoxlu yaralanan insanların olduğu vaxtlarda təyin etdilər.
Evdəki patronun kim olduğunu necə tapmaq olar
Sokoloff özü beyinə qan tədarükünün öyrənilməsini santexnika və kanalizasiya vasitəsilə gündəlik həyatı öyrənmək cəhdi kimi görürdü. Budur, mənzilimizin sakinləri paltar yuyan zaman nə qədər su sərf edib, hansı xəstəliklərə tutulublar. Ancaq ailə başçısını belə müəyyən edə bilməzsiniz: bunun üçün hər birimizin nə qədər pul xərclədiyini bilməlisiniz.
PET həyata keçirmək üçün qan-beyin baryerinin açarının seçilməsi mərhələləri. Solda: Beyin hüceyrələri üçün əsas enerji mənbəyi kimi rolu 1957-ci ildə Sokoloff tərəfindən nümayiş etdirilən qlükoza üçün formula. Mərkəz: Karbon-14 etiketli deoksiqlükoza üçün formula (işləmir). Sağda: 18F-FDG (18F-fluorodeoksiqlükoza) düsturu.
Beynin içərisində bir sikkə var: qlükoza. Sokoloff 1957-ci ildə fiziologiya dərsliyi üçün bir fəsil yazarkən, şəkərin beyin hüceyrələri üçün yeganə enerji mənbəyi olduğunu göstərdi. Zülallar və yağlar qan-beyin baryerini keçmir. Belə görünür ki, bir heyvanı qlükoza radioaktiv karbonla qidalandırmaq və sonra hüceyrələrdən hansının daha çox yığıldığını öyrənmək kifayətdir. Amma belə olmamalı idi. Beyindəki qlükoza mağazada əmək haqqı kimi tez xərclənir: dəqiqə yarımdan sonra o, dərhal qanla xaric olan karbon qazına çevrilir.
Sokoloff təsadüfən tamam başqa mövzu üzərində işləyərkən öyrəndi ki, qlükozadan bir oksigen atomunun olmaması ilə fərqlənən deoksiqlükoz komaya səbəb olur. Neyron fermentləri onu tez parçalaya bilmir və yığılır. Sanki əmək haqqı nağd deyil, kərpiclə ödənilirdi – onlar hələ də satılmalıdır, bu da vaxt aparır. Sokoloff bu əlaqəni xatırladı.
Onu radioaktiv karbon-14 ilə etiketləmək fikrindən imtina etmək lazım idi: bu izotop uzun müddət yaşayır, çünki yavaş-yavaş parçalanır. Daha çox radioaktiv ağır metallar qan-beyin baryerini keçməyəcək. Beyin hüceyrəsinin özü cihazın aşkar edə biləcəyi şüalanma mənbəyinə çevrilməlidir. Sokoloff Brookhaven Laboratoriyası kimyaçılarının antimaddə ilə bağlı kağızı ilə rastlaşdı.
Antimaddə necə uçdu
Biz antimaddə və ya antimatterin nə olduğunu tam başa düşmürük. Bəlkə də zamanla bizə doğru hərəkət edən materiyadır: gələcəkdən keçmişə. Anti-dünyada olan elektron müsbət yükə malikdir və ona pozitron deyilir. Məsələn, flüor-18 izotopunun parçalanması zamanı əmələ gəldikdə, ilk mövcud elektronla dərhal məhv olur. Bu zaman hər iki hissəciyin bütün kütləsi qamma şüalanma şəklində buraxılan enerjiyə çevrilir. Beynin içərisində anti-dünya ilə görüş təşkil etmək üçün deoksiqlükozadakı hidrogen atomunu radioaktiv flüor-18 atomu ilə əvəz edə bilərsiniz: kimyəvi xüsusiyyətlər demək olar ki, eynidir və qan-beyin maneəsi əvəzlənməni hiss etməyəcək.
Təcrübənin fiziki mərhələsi 16 avqust 1976-cı il. Solda: 1939-cu ildə siklotron ixtiraçısı Ernest Lourens tərəfindən tikilmiş Brookhaven Milli Laboratoriyasının siklotronu dünyada neytron terapiyası üçün istifadə edilən ilk siklotron idi. Mərkəz: Yapon postdok Tatsuo İdo neon nüvələrini deytronlarla bombalayaraq flüor-18 istehsal etmək üçün bu cylotrona neon hədəfi quraşdırır. Sağda: Flüor-18-in hazır məhsulu Filadelfiya hava limanına çatır, 16 avqust 1976-cı il.
Praqa baharı zamanı çexoslovakiyalı kimyaçılar belə bir əvəzetmə üçün reaksiya hazırladılar və Sokoloff meymun beyninin funksional fəaliyyətinin təsirli şəkillərini dərc etdi. 1975-ci ildə Pensilvaniya Universitet Xəstəxanasının nevrologiya şöbəsinin müdiri Martin Riviç Sokoloffa insanlar üzərində belə bir təcrübə keçirməyi təklif etdi. “Xəstələrin başını necə kəsmək olar?” “Sokoloff soruşdu: “Əgər onlar sizin hesablarınızı ödəməsələr və itirəcək bir şeyləri qalmasa!”
Məlum oldu ki, 1973-cü ildə həmin xəstəxananın Nüvə Təbabəti Departamenti xəstənin başı ətrafında dönə bilən sayğaclı tomoqraf hazırlayıb, lay-lay oxunuşlar götürüb.
Avqustun 16-da baş tutacaq təcrübə onlarla alim tərəfindən planlaşdırılıb: flüor izotopu Lonq-Aylenddə siklotronda neon atomlarını bombalamaqla istehsal edilib və tomoqrafiya sürətləndiricidən 270 kilometr aralıda Filadelfiyada aparılıb. Təyyarə ilə bir saatlıq yoldur. Flüor-18 izotopunun yarı ömrü 110 dəqiqədir və onu deoksiqlükoza molekuluna daxil etmək iki saat çəkdi. Bu o demək idi ki, tədqiqat başlayana qədər sürətləndiricidə əldə edilən flüorun ən yaxşı halda dörddə biri qalacaq və təcrübəni təkrar etməyə vaxt olmayacaq.
Geri sayım gedirdi. Xoşbəxtlikdən, 16 avqust 1976-cı il gözəl bir aydın gün idi, uçuş qrafikə uyğun getdi və iki könüllü prosedurdan mükəmməl şəkildə xilas oldu. Şəkillər olduqca aşağı keyfiyyətli idi və nəticələr olduqca təvazökar görünürdü: 100 qrama görə görmə qabığı 10,27 milliqram qlükoza, ağ maddə isə 3,8 milliqram istehlak edirdi. Ancaq bu, canlı bir insanın beyninin ilk vizualizasiyası idi!
Onkoloqlar PET-i özləri üçün necə götürdülər
Təcrübə nevroloqlar tərəfindən aparıldığı üçün klinikada pozitron emissiyasından ilk istifadə edənlər onlar olub. Epilepsiyanın cərrahi müalicəsində tutmalara səbəb olan xüsusi fokusun tapılması problemi var. Hücumlar arasında normaldan daha az qlükoza istehlak edir, buna görə də PET istifadə edərək aşkar edilə bilər, bundan sonra məhv edilə bilər.
Pozitron emissiya tomoqrafiyası ilə ilk tibbi təcrübələr. Solda: CT skanerində yatan könüllü 18F-FDG inyeksiyası alır. Yuxarı sağ: PET istifadə edərək Prantika Som tərəfindən aşkar edilən ilk şişin ilk şəkilləri, 1980. Aşağı sağda: Könüllülər kimi müxtəlif əmrləri yerinə yetirən beynin ilk PET təsviri, 1982.
Neyrocərrahların hesabatı Sokoloffun ağlına belə gətirmədiyi onkoloqların diqqətini çəkdi. Biz 1931-ci ildə Otto Warburq tərəfindən kəşf edilən effekti xatırladıq: xərçəng hüceyrələri qlükozanı aktiv şəkildə istehlak edir, bu, onların sevimli enerji mənbəyidir. Bütün digər üsullar sadəcə olaraq şişləri görməyə imkan versə də, biz indi xərçəng hüceyrələrinin həyat qabiliyyətini öyrənə bilərik: onların kimyaterapiya və ya radioterapiya kursundan sonra öldüyünü və ya qlükozanı udmağa davam edib-etmədiyini öyrənə bilərik.
Onun geniş praktik tətbiqi aydınlaşdıqdan sonra pozitron emissiya tomoqrafiyasını təkmilləşdirmək üçün böyük miqdarda pul tapıldı. 10 il ərzində izotop istehsalının maya dəyərini azaltmaq və onun deoksiqlükoza daxil edilməsini sürətləndirmək üçün üsullar icad edilmişdir.
Hüceyrə membranları elmi də inkişaf etmişdir. Neyronların qlükozalarını nəyə xərclədiyini öyrəndik. Məlum oldu ki, bu, yalnız ionların membran boyunca hərəkəti idi: bir istiqamətdə natrium, digər tərəfdən kalium. Hərəkətlərimiz, düşüncələrimiz, hisslərimiz və xatirələrimiz ionları pompalayan sinir hüceyrələrindən yaranır. Bunu dayandırdıqda isə Parkinsonizm və ya Alzheimer xəstəliyi baş verir, qocalma və ölüm özü baş verir.
Bəs əgər insan hələ də özündə ikən hər hüceyrənin hansısa ixtiyari anda nə qədər qlükoza xərclədiyini müəyyən etmək üçün pozitron emissiya tomoqrafiyasından istifadə edə bilsək nə olar? İş yerində beynin bütün refleksləri, duyğuları, düşüncələri ilə ani fotoşəkilini çəkin; onu neyronların yerləşdiyi yerin üçölçülü xəritəsi üzərində quraraq, fərdin şüurunun rəqəmsal surətini əldə edə bilərik. Və bununla da onun şəxsiyyətini heç olmasa kompüter yaddaşında əbədiləşdirin.
Bu fikir Sokoloffu həmişə güldürürdü. Ən azından yad adamların qarşısında.
Mənbələr və əlavə oxu
Louis Sokoloff ilə müsahibə:
– Amerika Nevroloji Cərrahlar Assosiasiyası üçün, video
– NIH Şifahi Tarix Proqramı üçün transkript. 3 mart 2005-ci il
— “Avtobioqrafiyalarda nevrologiyanın tarixi” proqramı üçün, video. 2012
Sokoloff arxivi
– Martin Vale. Louisa Sokoloff-un Washington Post qəzetindəki nekroloqu, 3 avqust 2015-ci il
– Joan Fowler. İnsanlarda ilk PET testinin 40 illiyinə həsr olunmuş çıxış üçün təqdimat. Avqust 2016
