Toiminnallinen magneettikuvaus selitetään

Magneettiresonanssikuvaus (MRI) on antanut lääkäreille mahdollisuuden saada erittäin hyviä kuvia aivojen rakenteista. Uudempi tekniikka, jota kutsutaan toiminnalliseksi MRI: ksi, voi mennä jopa kauemmaksi mittaamalla myös aivojen aktiivisuutta. Vaikka suurimman osan ajasta tekniikkaa käytetään vain tutkimuksissa, se on yleistymässä kliinisessä ympäristössä.

Olet todennäköisesti törmännyt kuviin, jotka on luotu toiminnallisella MRI: llä tietyssä vaiheessa. Ne osoittavat aivoja, joilla on värilliset alueet, jotka kuvaavat aivojen alueita, jotka liittyvät johonkin toimintoon kuten kieli tai liike. Nämä tutkimukset ovat hyvin suosittuja: satoja tieteellisiä artikkeleita, jotka käyttävät tätä tekniikkaa, julkaistaan ​​joka kuukausi, joista monet mainitaan myös lehdistössä. Mutta miten nämä kuvat tehdään ja mitä ne todella edustavat?

Miten toiminnallinen MRI toimii

Toiminnallinen MRI käyttää erityistä signaalia, jota kutsutaan veren happipitoisuudesta riippuvaksi (BOLD) kontrastiksi. Aivojen läpi virtaava veri kuljettaa happea molekyyleissä, joita kutsutaan hemoglobiiniksi. Hemoglobiinimolekyylit kuljettavat myös rautaa ja siksi niillä on magneettinen signaali. On käynyt ilmi, että hemoglobiinimolekyyleillä on erilaiset magneettiset ominaisuudet, kun ne kiinnittyvät happeen kuin silloin, kun ne eivät kanna happea, ja tämä pieni ero voidaan havaita MRI-koneella.

Kun aivojen alue on aktiivisempi, se aluksi käyttää veressä paljon happea. Pian sen jälkeen aivot laajentavat paikallisia verisuonia, jotta hapen syöttö saadaan palautettua. Aivot saattavat jopa tehdä tämän työn hieman liian hyvin, jotta happipitoisempi veri menee alueelle kuin mitä alun perin käytettiin. MRI-kone pystyy havaitsemaan eron signaalissa, joka johtuu tästä veren hapen kasvusta.

Niinpä toiminnalliset MRI-tutkimukset eivät todellakaan etsi neuroniaktiivisuutta suoraan, vaan tarkastelevat sitä, miten veren happitasot muuttuvat ja korreloivat tämän toiminnan hermoihin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä oletus on yleensä oikea, vaikka sairaudet, kuten verisuonten epämuodostumat, kasvaimet ja jopa normaali ikääntyminen, voivat muuttaa hermoston aktiivisuuden ja paikallisen verenkierron välistä suhdetta, joka johtaa BOLD-signaaliin.

Miten lääkärit voivat käyttää toiminnallista MRI: tä?

Koska se on suhteellisen uudempi tekniikka ja koska muut tekniikat voivat vastata vastaaviin kysymyksiin, joita fMRI voi, fMRI: tä ei yleisesti käytetä kliinisissä tai sairaaloissa. Sitä voidaan kuitenkin käyttää auttamaan suunnitella tärkeitä aivotoimintoja. Jos esimerkiksi neurokirurgi haluaa poistaa aivokasvain, joka sijaitsee lähellä aivojen kielten keskuksia, he voivat tilata fMRI-tutkimuksen auttamaan osoittamaan, mitkä aivojen alueet liittyvät kieleen. Tämä auttaa neurokirurgia välttämään näiden alueiden vahingoittumista leikkauksen aikana. FMRI: n yleisin käyttö on kuitenkin lääketieteellisessä tutkimuksessa.

Millaisia ​​tutkimuksia tehdään fMRI: n avulla?

FMRI: n käyttämiseen aivotoiminnan visualisoimiseksi on kaksi tapaa. Yksi menetelmä keskittyy tiettyjen aivojen alueiden löytämiseen, jotka vastaavat johonkin tehtävään tai ärsykkeeseen. Esimerkiksi MRI-skannerissa olevalle henkilölle voidaan näyttää vilkkuva valintalauta joissakin kohdissa ja toisinaan tyhjä näyttö. Heitä voidaan pyytää painamaan painiketta, kun he näkevät vilkkuvan ruudun. Tehtävän aikana saatua signaalia verrataan sitten signaaliin, kun tehtävää ei tehdä, ja tulos on eräänlainen kuva siitä, mitä aivojen alueita oli mukana vilkkuvan valintalautan näkemisessä ja sitten painikkeen painamisessa.

Toinen tapa käyttää fMRI: tä on arvioida hermoverkkoja. Tämä merkitsee sitä, miten aivojen alueet puhuvat keskenään. Jos yksi aivojen alue syttyy yleensä samaan aikaan kuin toinen, nämä kaksi aivojen aluetta voivat olla yhteydessä toisiinsa. Tällaista tutkimusta varten ei välttämättä tarvita mitään tehtävää. Tästä syystä näitä tutkimuksia kutsutaan joskus lepo-valtion toiminnallisiksi magneettikuvauksiksi.

Toiminnallisista MRI-tutkimuksista saadut tiedot ovat hyvin monimutkaisia ​​ja edellyttävät paljon tilastollista analyysia merkitykselliseksi. Tämä johti monien ihmisten epäluottamukseen toiminnallisten MRI-tutkimusten tuloksista, koska näytti siltä, ​​että analyysissä oli monia mahdollisia virheitä. Koska sekä tutkijat että arvioijat ovat perehtyneet uuteen teknologiaan, tulokset ovat tulossa sekä luotettavammiksi että luotettavammiksi.

Mikä on toiminnallisen MRI: n tulevaisuus?

Funktionaaliset MRI-tutkimukset ovat jo osoittaneet monia eri asioita aivoista, mikä vahvistaa sen, mitä olemme jo tienneet hermosoluista ja lokalisoinnista. Vaikka on vaikea sanoa, käytetäänkö fMRI: tä koskaan yleisesti kliinisessä ympäristössä, sen suosio ja tehokkuus tutkimusvälineenä tekevät sekä lääkäreille että maallikoille tärkeän käsityksen siitä, miten tämä työkalu toimii.