Jak działa funkcjonalne obrazowanie rezonansem magnetycznym

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) dało lekarzom możliwość uzyskania bardzo dobrych obrazów struktur mózgu. Nowsza technika, znana jako funkcjonalny MRI, może zajść jeszcze dalej dzięki pośredniemu pomiarowi aktywności mózgu. Chociaż przez większość czasu technika ta jest używana tylko w badaniach naukowych, staje się coraz bardziej powszechna w warunkach klinicznych.

Prawdopodobnie w pewnym momencie natknąłeś się na obrazy utworzone za pomocą funkcjonalnego MRI. Pokazują mózg z kolorowymi obszarami przedstawiającymi obszary mózgu związane z pewną funkcją, taką jak język lub ruch. Badania te cieszą się dużą popularnością: co miesiąc publikowane są setki artykułów naukowych wykorzystujących tę technologię, z których wiele jest również wspominanych w prasie laickiej. Ale jak powstają te obrazy i co tak naprawdę przedstawiają?

Jak działa funkcjonalny rezonans magnetyczny

Funkcjonalny rezonans magnetyczny wykorzystuje specjalny sygnał zwany kontrastem zależnym od poziomu tlenu we krwi (BOLD). Krew przepływająca przez mózg przenosi tlen na cząsteczki zwane hemoglobiną. Cząsteczki hemoglobiny również przenoszą żelazo i dlatego mają sygnał magnetyczny. Okazuje się, że cząsteczki hemoglobiny mają inne właściwości magnetyczne, gdy są przyłączone do tlenu, niż gdy nie przenoszą tlenu, i tę niewielką różnicę można wykryć za pomocą aparatu do rezonansu magnetycznego.

Kiedy jakiś obszar mózgu jest bardziej aktywny, początkowo zużywa dużo tlenu we krwi. Wkrótce potem mózg rozszerza lokalne naczynia krwionośne, aby przywrócić dopływ tlenu. Mózg może nawet wykonywać tę pracę trochę zbyt dobrze, aby więcej natlenionej krwi dostało się do obszaru, niż było początkowo używane. Urządzenie MRI może wykryć różnicę w sygnale wynikającą z tego wzrostu tlenu we krwi.

Tak więc badania funkcjonalnego rezonansu magnetycznego nie dotyczą w rzeczywistości bezpośrednio aktywności neuronalnej, ale sprawdzają, jak zmienia się poziom tlenu we krwi i koreluje tę aktywność z pobudzeniem nerwów. Badania wykazały, że to założenie jest zwykle poprawne, chociaż choroby, takie jak malformacje naczyniowe, nowotwory, a nawet normalne starzenie się, mogą zmienić związek między aktywnością nerwową a lokalnym przepływem krwi, który skutkuje sygnałem BOLD.

Jak lekarze używają funkcjonalnego MRI

Ponieważ jest to stosunkowo nowsza technologia i ponieważ inne techniki mogą odpowiedzieć na podobne pytania, co fMRI, fMRI nie jest powszechnie stosowany w warunkach klinicznych lub szpitalnych. Może być jednak używany do planowania ważnych operacji mózgu. Na przykład, jeśli neurochirurg chce usunąć guza mózgu, który znajduje się blisko ośrodków językowych mózgu, może zlecić badanie fMRI, aby pokazać dokładnie, które obszary mózgu są zaangażowane w język. Pomaga to neurochirurgowi uniknąć uszkodzenia tych obszarów podczas wykonywania operacji. Jednak najczęstszym zastosowaniem fMRI są badania medyczne.

Rodzaje badań przeprowadzonych za pomocą fMRI

Istnieją dwa główne sposoby wykorzystania fMRI do wizualizacji funkcji mózgu. Jedna metoda skupia się na znalezieniu określonych obszarów mózgu, które odpowiadają na jakieś zadanie lub bodziec. Na przykład osoba w skanerze MRI może zobaczyć migającą szachownicę w niektórych punktach, a innym razem pusty ekran. Mogą zostać poproszeni o naciśnięcie przycisku, gdy zobaczą migającą szachownicę. Sygnał podczas wykonywania zadania zostanie następnie porównany z sygnałem, gdy zadanie nie jest wykonywane, a wynikiem będzie rodzaj obrazu tego, jakie obszary mózgu były zaangażowane w zobaczenie migającej szachownicy, a następnie wciśnięcie przycisku.

Innym sposobem wykorzystania fMRI jest ocena sieci neuronowych. Obejmuje to ustalenie, które obszary mózgu rozmawiają ze sobą. Jeśli jeden obszar mózgu zwykle zapala się w tym samym czasie, co drugi, te dwa obszary mózgu mogą być połączone. Do przeprowadzenia tego rodzaju badań może nawet nie być potrzebne żadne zadanie. 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 wielu analiz statystycznych, aby były znaczące. To początkowo doprowadziło wielu ludzi do braku zaufania do wyników badań czynnościowego MRI, ponieważ wydawało się, że istnieje wiele możliwości popełnienia błędu w analizie. Jednak w miarę jak zarówno badacze, jak i recenzenci lepiej zapoznali się z nową technologią, wyniki stają się coraz bardziej godne zaufania i godne zaufania.

Co przyniesie przyszłość

Badania funkcjonalne MRI wykazały już wiele różnych rzeczy na temat mózgu, oprócz potwierdzenia tego, co już wiedzieliśmy o ścieżkach nerwowych i lokalizacji. Chociaż trudno powiedzieć, czy fMRI będzie kiedykolwiek powszechnie stosowane w warunkach klinicznych, jego popularność i skuteczność jako narzędzia badawczego sprawia, że ​​zarówno dla lekarzy, jak i laików ważne jest, aby mieć podstawową wiedzę na temat działania tego narzędzia.