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 також відомі як ефект BOLD (ефект, що залежить від рівня оксигенації крові). Функціональні процеси в мозку фіксуються у вигляді серії зображень в розрізі.
Таким чином, зміни активності в окремих областях мозку можна дослідити за допомогою конкретних завдань на тесту. Цей метод спочатку використовується для базових досліджень для порівняння моделей діяльності здорових контрольних осіб з мозковою діяльністю осіб з психічними розладами. У більш широкому розумінні термін функціональна магнітно-резонансна томографія включає також кінематичну магнітно-резонансну томографію, яка описує рухоме представлення різних органів.
Функція, ефект та цілі
Функціональна магнітно-резонансна томографія - це подальший розвиток магнітно-резонансної томографії (МРТ). За допомогою класичного 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 вимкнено, то, вивільнюючи енергію, потрібно певний час, поки намагніченість не перетвориться вздовж 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, що становить кілька 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 випробування, і статистично значущі відмінності просторово присвоюються. Для експериментальних цілей стимул може бути представлений досліджуваній людині кілька разів. Зазвичай це означає, що завдання повторюється багато разів. Відмінність від порівняння даних фази стимулювання з результатами вимірювань 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. Інші клінічні області застосування функціональної магнітно-резонансної томографії пов'язані з оцінкою пацієнтів з порушенням свідомості, такими 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 погляду його інформативної цінності. Можна було визначити істотні зв’язки між певними видами діяльності та активацією відповідних областей мозку. 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, передбачається, що ці ділянки мозку також активізуються за рахунок нервово-судинної зв'язку. Тож мозок не можна спостерігати безпосередньо під час мислення. Потрібно 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 припускати 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.
