Zrozumienie funkcji neuroobrazowania funkcjonalnego
Rezonans magnetyczny (MRI) dał lekarzom możliwość uzyskania bardzo dobrych obrazów struktur mózgu. Nowsza technika znana jako funkcjonalny MRI może pójść jeszcze dalej, pośrednio mierząc również aktywność mózgu. Podczas gdy większość czasu technika ta jest wykorzystywana tylko w badaniach naukowych, staje się coraz powszechniejsza w warunkach klinicznych.
Prawdopodobnie natknąłeś się na obrazy utworzone za pomocą funkcjonalnego MRI w pewnym momencie.
Pokazują mózg z kolorowymi obszarami przedstawiającymi obszary mózgu związane z pewnymi funkcjami, takimi jak język lub ruch. Badania te są bardzo popularne: setki artykułów naukowych wykorzystujących tę technologię są publikowane co miesiąc, z których wiele jest również wspomnianych w prasie nieśmiertelnej. Ale jak powstają te obrazy i co one właściwie przedstawiają?
Jak działa funkcjonalny MRI
W funkcjonalnym rezonansie magnetycznym wykorzystuje się specjalny sygnał o nazwie BOLD (zależny od poziomu tlenu we krwi). Krew przepływająca przez mózg przenosi tlen na cząsteczki zwane hemoglobiną . Cząsteczki hemoglobiny również zawierają żelazo i dlatego mają sygnał magnetyczny. Okazuje się, że cząsteczki hemoglobiny mają różne właściwości magnetyczne, gdy są przyłączone do tlenu, niż gdy nie przenoszą tlenu, a tę niewielką różnicę można wykryć za pomocą aparatu MRI.
Kiedy obszar mózgu jest bardziej aktywny, początkowo zużywa dużo tlenu we krwi.
Krótko potem mózg rozszerza miejscowe naczynia krwionośne, aby przywrócić dopływ tlenu. Mózg może nawet wykonywać tę pracę trochę zbyt dobrze, aby więcej natlenionej krwi trafiało do obszaru niż to, co początkowo było używane. Maszyna MRI może wykryć różnicę w sygnale, która wynika z tego zwiększenia tlenu we krwi.
Tak więc funkcjonalne badania MRI nie patrzą bezpośrednio na aktywność neuronów, ale patrzą, jak zmienia się poziom tlenu we krwi i koreluje to działanie z wyzwalaniem nerwów. Badania wykazały, że to założenie jest zwykle poprawne, chociaż choroby takie jak malformacje naczyniowe, nowotwory , a nawet normalne starzenie mogą zmienić zależność między aktywnością neuronów a miejscowym przepływem krwi, który powoduje sygnał BOLD.
W jaki sposób lekarze mogą używać funkcjonalnego MRI?
Ponieważ jest to stosunkowo nowsza technologia i ponieważ inne techniki mogą odpowiadać na podobne pytania, które fMRI może, fMRI nie jest powszechnie stosowany w warunkach klinicznych lub szpitalnych. Można go jednak wykorzystać do planowania ważnych operacji mózgu. Na przykład, jeśli neurochirurg chce usunąć guza mózgu, który znajduje się blisko centrów językowych mózgu, może zamówić badanie fMRI, aby pokazać dokładnie, jakie obszary mózgu są związane z językiem. Pomaga to neurochirurgowi uniknąć uszkodzenia tych regionów podczas operacji. Jednak najczęstszym zastosowaniem fMRI są badania medyczne.
Jakie rodzaje badań są wykonywane przy użyciu fMRI?
Istnieją dwa główne sposoby wykorzystania fMRI do wizualizacji funkcji mózgu. Jedna metoda koncentruje się na znalezieniu określonych obszarów mózgu, które reagują na niektóre zadania lub bodźce.
Na przykład osoba w skanerze MRI może być w niektórych punktach pokazująca migającą szachownicę, a innym razem pusty ekran. Mogą zostać poproszeni o naciśnięcie przycisku, gdy zobaczą migającą szachownicę. Sygnał podczas zadania zostanie następnie porównany z sygnałem, gdy zadanie nie zostanie wykonane, a wynikiem będzie rodzaj obrazu obszarów mózgu zaangażowanych w migającą szachownicę, a następnie naciśnięcie przycisku.
Innym sposobem wykorzystania fMRI jest ocena sieci neuronowych. Obejmuje to ustalenie, które obszary mózgu rozmawiają ze sobą. Jeśli jeden obszar mózgu zwykle oświetla się w tym samym czasie co inny, te dwa obszary mózgu mogą być połączone.
Żadne zadanie nie może być nawet potrzebne do tego rodzaju badań. Z tego powodu badania te są czasami nazywane funkcjonalnym rezonansem magnetycznym w stanie spoczynku.
Informacje pochodzące z badań funkcjonalnych MRI są bardzo skomplikowane i wymagają znacznej analizy statystycznej. To początkowo doprowadziło wielu ludzi do nieufności do wyników funkcjonalnych badań MRI, ponieważ wydawało się, że istnieje wiele możliwych błędów w analizie. Ponieważ zarówno badacze, jak i recenzenci lepiej zaznajomili się z nową technologią, wyniki stają się coraz bardziej godne zaufania i godne zaufania.
Co kryje przyszłość dla funkcjonalnego rezonansu magnetycznego?
Funkcjonalne badania MRI wykazały już wiele różnych rzeczy dotyczących mózgu, oprócz potwierdzenia tego, co już wiemy o ścieżkach neuronalnych i lokalizacji. Chociaż trudno stwierdzić, czy fMRI kiedykolwiek będzie powszechnie stosowane w warunkach klinicznych, jego popularność i skuteczność jako narzędzia badawczego same w sobie sprawiają, że zarówno lekarze, jak i osoby świeckie muszą mieć podstawową wiedzę na temat działania tego narzędzia.
Źródła:
Pressman P, Gitelman D. Funkcjonalny MRI: podkład dla mieszkańców neurologii. Neurology 2012 March 06, 78 (10) e68-e71
Faro SH, Mohamed FB, Haughton V. Funkcjonalny MRI: Podstawowe zasady i zastosowania kliniczne: Oxford Univrsity Press, USA, 2006.