Funktionaalisen neuroimaging-järjestelmän ymmärtäminen
Magneettikuvaus (MRI) on antanut lääkäreille mahdollisuuden saada erittäin hyviä kuvia aivojen rakenteista. Uudempi tekniikka, joka tunnetaan toiminnallisena MRI: ksi, voi mennä vielä kauemmas epäsuorasti mittaamalla aivotoimintaa. Vaikka tekniikka käytetään suurimman osan ajasta vain tutkimustutkimuksissa, se on yleistynyt kliinisessä ympäristössä.
Olet todennäköisesti keksinyt kuvia, jotka on luotu funktionaalisella MRI: llä jossain vaiheessa.
He näyttävät aivoiltaan värillisiä alueita, jotka kuvaavat aivojen alueita, jotka liittyvät johonkin toimintaan, kuten kieleen tai liikkumiseen. Nämä tutkimukset ovat hyvin suosittuja: satoja tieteellisiä artikkeleita, jotka käyttävät tätä tekniikkaa, julkaistaan joka kuukausi, joista monet mainitaan myös maalauslehdissä. Mutta miten nämä kuvat ovat tehneet ja mitä he todella edustavat?
Kuinka toimiva MRI toimii
Toiminnallinen magneettikuvaus käyttää erityistä signaalia, jota kutsutaan veren happipitoisuuden riippuvaiseksi (BOLD) kontrastiksi. Aivojen läpi virtaava veri kuljettaa happea molekyyleille, joita kutsutaan hemoglobiiniksi . Hemoglobiinimolekyylit sisältävät myös rautaa ja siksi niillä on magneettinen signaali. On käynyt ilmi, että hemoglobiinimolekyylillä on erilaiset magneettiset ominaisuudet, kun ne liitetään happeeseen, kuin silloin, kun ne eivät kanna happea, ja tämä pieni ero voidaan havaita MRI-koneella.
Kun aivojen alue on aktiivisempi, se aluksi käyttää paljon happea veressä.
Pian sen jälkeen aivot laajentavat paikallisia verisuonia hapen syöttämisen palauttamiseksi. Aivot saattavat jopa tehdä tämän työn hieman liian hyvin, jotta happamoitunut veri menee alueelle kuin mitä alun perin käytettiin. MRI-kone pystyy havaitsemaan signaalin eron, joka johtuu veren happipitoisuuden kasvusta.
Sellaiset toiminnalliset MRI-tutkimukset eivät tosiasiallisesti tarkastele hermosolujen toimintaa, vaan tarkastelevat sitä, miten veren happipitoisuudet muuttuvat ja korreloivat tämän aktiivisuuden polttavien hermojen kanssa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä oletus on yleensä oikea, vaikka taudit, kuten verisuonitaudit, kasvaimet ja jopa normaali ikääntyminen voivat muuttaa suhdetta hermoston aktiivisuuden ja paikallisen veren virtauksen välillä, mikä johtaa BOLD-signaaliin.
Kuinka lääkärit voivat käyttää funktionaalista magneettikuvausta?
Koska se on suhteellisen uudempi tekniikka ja koska muut tekniikat voivat vastata samankaltaisiin kysymyksiin, joita fMRI voi, fMRIä ei yleisesti käytetä kliinisissä tai sairaalassa. Kuitenkin sitä voidaan käyttää auttamaan tärkeiden aivojen leikkausten suunnittelussa. Esimerkiksi jos neurokirurgi haluaa poistaa aivokasvaimen, joka istuu lähellä aivojen kielikeskuksia, he voivat määrätä fMRI-tutkimuksen, joka auttaa osoittamaan tarkalleen, mitä aivojen alueet osallistuvat kieleen. Tämä auttaa neurokirurgeja välttämään haitallisia alueita leikkauksen aikana. Yleisin fMRI-käyttö on kuitenkin lääketieteellisessä tutkimuksessa.
Mitkä tutkimustyypit tehdään fMRI: n avulla?
On olemassa kaksi pääasiallista tapaa käyttää fMRI: tä visualisoimaan aivotoimintaa. Yksi menetelmä keskittyy etsimään tiettyjä aivojen alueita, jotka vastaavat jotain tehtävää tai ärsykettä.
Esimerkiksi MRI-skannerissa oleva henkilö saattaa näkyä vilkkuvaan ruutupuutiin joissakin kohdissa ja muina aikoina tyhjä ruutu. Heitä voidaan pyytää painamaan nappia aina, kun he näkevät vilkkuva ruutupuut. Tehtävässä olevaa signaalia verrataan sitten signaaliin, kun tehtävää ei tehdä, ja tuloksena on eräänlainen kuva siitä, mitä aivojen alueet osallistuivat näkemään vilkkuva ruutupuutarha ja painaa sitten nappia.
Toisella tavalla fMRI: tä voidaan käyttää arvioimaan hermoverkkoja. Tämä edellyttää selvittää, mitkä aivojen alueet puhuvat toisilleen. Jos yksi aivojen alue yleensä syttyy samaan aikaan kuin toinen, nämä kaksi aivojen osaa voidaan yhdistää.
Tähän työhön ei välttämättä tarvita mitään tehtävää. Tästä syystä näitä tutkimuksia kutsutaan joskus lepäämään valtion funktionaaliseksi magneettikuvaukseksi.
Funktionaalisista MRI-tutkimuksista saadut tiedot ovat hyvin monimutkaisia ja vaativat paljon tilastollista analyysia mielekästä. Tämä johti alun perin monien ihmisten epäluottamukseen toiminnallisten MRI-tutkimusten tuloksista, koska näytti siltä, että analyysissä oli monia mahdollisia virheellisiä mahdollisuuksia. Kuitenkin, kun molemmat tutkijat ja arvostelijat ovat perehtyneet uuteen tekniikkaan, tulokset ovat entistä luotettavampia ja luotettavampia.
Mitä tulevaisuus pitää funktionaaliselle magneettikuvausominaisuudelle?
Funktionaaliset MRI-tutkimukset ovat jo osoittaneet monia erilaisia aivoihin liittyviä tekijöitä sen lisäksi, että olemme vahvistaneet sen, mitä jo tiesimme hermostoreista ja lokalisoinnista. Vaikka on vaikea sanoa, onko fMRI koskaan yleisesti käytetty kliinisessä ympäristössä, sen suosio ja tehokkuus pelkästään tutkimusvälineenä tekevät siitä tärkeäksi sekä lääkäreille että laillisille, että heillä on perustiedot siitä, miten tämä työkalu toimii.
Lähteet:
Pressman P, Gitelman D. Toiminnallinen MRI: aluke neurologisille asukkaille. Neurologia 2012, maaliskuu 06, 78 (10) e68-e71
Faro SH, Mohamed FB, Haughton V. Toiminnallinen MRI: perusperiaatteet ja kliiniset sovellukset: Oxford Univrsity Press, USA, 2006.