Функціональна магнітно-резонансна томографія

The функціональна магнітно-резонансна томографія (fMRI) - метод магнітно-резонансної томографії для візуального подання фізіологічних змін в організмі. Він заснований на фізичних принципах ядерного магнітного резонансу. У вужчому розумінні термін вживається у зв’язку з обстеженням активованих ділянок мозку.

Що таке функціональна магнітно-резонансна томографія?

На основі магнітно-резонансної томографії (МРТ) фізик Кеннет Кванг розробив функціональну магнітно-резонансну томографію (fMRI) для візуалізації змін активності в різних областях мозку. Цей метод вимірює зміни мозкового кровотоку, які пов'язані зі змінами активності у відповідних областях мозку за допомогою нервово-судинної зв'язку.

Цей метод використовує різне хімічне середовище вимірюваних ядер водню в гемоглобіні бідної киснем і киснем крові. Оксигенований гемоглобін (оксигемоглобін) є діамагнітним, тоді як безкисневий гемоглобін (дезоксигемоглобін) має парамагнітні властивості. Відмінності в магнітних властивостях крові називають також ефектом BOLD (залежний ефект рівня оксигенації крові). Функціональні процеси в мозку реєструються у вигляді серії зображень в розрізі.

Таким чином, зміни активності в окремих областях мозку можна дослідити, використовуючи конкретні завдання на тесту. Цей метод спочатку використовується для базових досліджень для порівняння моделей діяльності здорових контрольних осіб з мозковою діяльністю осіб з психічними розладами. Однак у ширшому значенні термін функціональна магнітно-резонансна томографія включає також кінематичну магнітно-резонансну томографію, яка описує рухоме зображення різних органів.

Функція, ефект та цілі

Функціональна магнітно-резонансна томографія - це подальший розвиток магнітно-резонансної томографії (МРТ). За допомогою класичної МРТ відображаються статичні зображення відповідних органів і тканин, тоді як fMRI показує зміни активності в мозку за допомогою тривимірних зображень при певних заходах.

За допомогою цієї неінвазивної процедури мозок можна спостерігати в різних ситуаціях. Як і у класичних МРТ, фізична основа вимірювання спочатку базується на ядерному магнітному резонансі. Застосовуючи статичне магнітне поле, спіни протонів гемоглобіну вирівнюються поздовжньо. Високочастотне змінне поле, що застосовується поперечно до цього напрямку намагнічування, забезпечує поперечне відхилення намагніченості до статичного поля аж до резонансу (частота Ламора). Якщо високочастотне поле вимкнене, то, звільняючи енергію, потрібно певний час, поки намагніченість знову не вирівняється уздовж статичного поля.

Цей час релаксації вимірюється. У fMRI використовується факт, що дезоксигемоглобін та оксигемоглобін намагнічуються по-різному. Це призводить до різних виміряних значень для обох форм, які можна віднести до впливу кисню. Однак, оскільки відношення оксигемоглобіну до дезоксигемоглобіну постійно змінюється під час фізіологічних процесів у мозку, серійні записи проводяться як частина fMRI, яка фіксує зміни в будь-який момент часу. Таким чином, активність нервових клітин може відображатися з міліметровою точністю в часовому вікні протягом декількох секунд. Місце нейронної активності визначається експериментально шляхом вимірювання магнітно-резонансного сигналу в двох різних точках часу.

Спочатку вимірювання відбувається в стані спокою, а потім у збудженому стані. Потім порівняння записів проводиться в процедурі статистичного тестування і просторово присвоюються статистично значущі відмінності. Для експериментальних цілей стимул може бути представлений людині, що тестує кілька разів. Зазвичай це означає, що завдання повторюється багато разів. Відмінність від порівняння даних фази стимулювання з результатами вимірювань з фази спокою розраховується та подається графічно. За допомогою цієї процедури вдалося визначити, які ділянки мозку активні, в якій діяльності. Крім того, можна було б визначити відмінності між певними сферами мозку у психологічних захворюваннях та здорових мозках.

Окрім базових досліджень, які дають важливі уявлення про діагностику психологічних захворювань, метод також використовується безпосередньо в клінічній практиці. Основна клінічна область застосування фМРТ - це локалізація мовних ділянок мозку при підготовці операцій з пухлинами мозку. Це робиться для того, щоб ця зона значною мірою була збережена під час роботи. Подальші клінічні області застосування функціональної магнітно-резонансної томографії пов'язані з оцінкою пацієнтів з порушеннями свідомості, таких як кома, вегетативний стан або MCS (мінімальний стан свідомості).

Ризики, побічні ефекти та небезпеки

Незважаючи на великий успіх функціональної магнітно-резонансної томографії, цей метод слід також критично розглядати з точки зору його інформативної цінності. Значні зв’язки між певними видами діяльності та активацією відповідних ділянок мозку можна було б визначити. Важливість певних областей мозку для психологічних захворювань також стала більш зрозумілою.

Однак тут вимірюються лише зміни концентрації кисню гемоглобіну. Оскільки ці процеси можуть бути локалізовані на певних ділянках мозку, на основі нервово-судинної зв'язку передбачається, що ці ділянки мозку також активізуються. Тож мозок не можна спостерігати безпосередньо під час мислення. Слід зазначити, що зміна кровотоку відбувається лише через період затримки через кілька секунд після нейронної активності. Тому пряме призначення іноді буває важким. Перевага fMRI перед іншими неінвазивними методами неврологічного дослідження полягає в набагато кращій просторовій локалізації діяльності.

Однак тимчасова роздільна здатність значно нижча. Непряме визначення активності нейронів за допомогою вимірювання кровотоку та оксигенації гемоглобіну також створює певну невизначеність. Передбачається затримка понад чотири секунди. Залишається дослідити, чи можна припустити надійні нейронні дії з коротшими подразниками. Однак існують і технічні межі застосування функціональної магнітно-резонансної томографії, які базуються, крім усього іншого, на тому, що ЕЛЕКТРОННУ дію генерують не тільки судини, але і клітинна тканина, що прилягає до судин.