A funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) mágneses rezonancia tomográfia módszer a test élettani változásainak vizuális ábrázolására. A nukleáris mágneses rezonancia fizikai alapelvein alapszik. Szűkebb értelemben a kifejezést az agy aktivált területeinek vizsgálatával kapcsolatban használják.
Mi a funkcionális mágneses rezonancia képalkotás?
A klasszikus MRI-vel a megfelelő szervek és szövetek statikus képei jelennek meg, míg az fMRI az agy aktivitásának változásait mutatja háromdimenziós képeken keresztül, bizonyos tevékenységek végrehajtásakor.A mágneses rezonancia tomográfia (MRT) alapján Kenneth Kwong fizikus kifejlesztett funkcionális mágneses rezonancia tomográfiát (fMRI) az aktivitás változásainak megjelenítésére az agy különböző területein. Ez a módszer az agyi véráramlás azon változásait méri, amelyek a neurovaszkuláris csatolás révén az agy megfelelő területein az aktivitás változásaihoz kapcsolódnak.
Ez a módszer az oxigénszegény és oxigénben gazdag vér hemoglobinjának mért hidrogénmagainak eltérő kémiai környezetét használja. Az oxigénezett hemoglobin (oxihemoglobin) diamagnetikus, míg az oxigénmentes hemoglobin (dezoxihemoglobin) paramágneses tulajdonságokkal rendelkezik. A vér mágneses tulajdonságainak különbségeit BOLD-effektusnak (vér oxigénellátási szintjétől függő hatás) is nevezzük. Az agy funkcionális folyamatait szekcionált képek sorozataként rögzítik.
Ily módon az egyes agyi területek aktivitásának változása megvizsgálható a vizsgálati alany specifikus feladataival. Ezt a módszert eredetileg az alapkutatáshoz használják, hogy összehasonlítsák az egészséges kontroll személyek aktivitási mintáit a mentális rendellenességekkel rendelkezők agyi tevékenységeivel. Szélesebb értelemben azonban a funkcionális mágneses rezonancia tomográfia magában foglalja a kinematikus mágneses rezonancia tomográfiát is, amely a különféle szervek mozgó ábrázolását írja le.
Funkció, hatás és célok
A funkcionális mágneses rezonancia képalkotás a mágneses rezonancia képalkotás (MRT) továbbfejlesztése. A klasszikus MRI-vel a megfelelő szervek és szövetek statikus képei jelennek meg, míg az fMRI az agy aktivitásának változásait mutatja háromdimenziós képeken keresztül, bizonyos tevékenységek végrehajtásakor.
A nem invazív eljárás segítségével az agy különféle helyzetekben megfigyelhető. A klasszikus MR-hez hasonlóan, a mérés fizikai alapja kezdetben a nukleáris mágneses rezonancián alapul. Statikus mágneses mező alkalmazásával a hemoglobin protonjai forognak hosszirányban. A mágnesezés ezen irányára keresztirányban alkalmazott nagyfrekvenciás váltakozó mező biztosítja, hogy a mágnesesedés keresztirányú alakváltozása a statikus mezőre rezonanciáig (Lamor frekvencia) legyen. Ha a nagyfrekvenciás mezőt kikapcsolják, akkor egy bizonyos időbe telik, míg energiát szabadít fel, amíg a mágneseztetés a statikus mező mentén igazodik.
Ezt a relaxációs időt mérjük. Az fMRI során kihasználják azt a tényt, hogy a dezoxihemoglobint és az oxihemoglobint eltérően mágnesezik. Ez mindkét formában eltérő mérési értékeket eredményez, amelyeket az oxigén befolyásának tulajdoníthatunk. Mivel azonban az agyi élettani folyamatok során az oxihemoglobin és a dezoxihemoglobin aránya folyamatosan változik, az fMRI részeként sorozatfelvételt készítünk, amely a változásokat bármikor rögzíti. Ilyen módon az idegsejt-tevékenységek milliméter pontossággal megjeleníthetők néhány másodperces időablakban. Az idegi aktivitás helyét kísérletileg meghatározzuk a mágneses rezonancia jel két különböző időpontban történő mérésével.
Először a mérést nyugalmi, majd izgatott állapotban végzik. Ezután a felvételek összehasonlítását egy statisztikai teszt eljárással hajtják végre, és a statisztikailag szignifikáns különbségeket téren meghatározzák. Kísérleti célokra az ingert több alkalommal be lehet mutatni a teszt személynek. Ez általában azt jelenti, hogy egy feladatot többször megismételnek. Az inger fázis adatainak és a pihenő fázis mérési eredményeinek összehasonlítása közötti különbségeket kiszámítják, majd grafikusan ábrázolják. Ezzel az eljárással lehetett meghatározni, hogy az agy mely területei aktívak egy adott tevékenységben. Ezenkívül meg lehet határozni a pszichológiai betegségek és az egészséges agy egyes agyterületei közötti különbségeket.
Az alapkutatáson kívül, amely fontos betekintést nyújt a pszichológiai betegségek diagnosztizálásába, a módszert közvetlenül a klinikai gyakorlatban is alkalmazzák. Az fMRI alkalmazásának fő klinikai területe az agy nyelvi szempontból releváns területeinek lokalizálása az agydaganatok műtétének előkészítése során. Ennek célja annak biztosítása, hogy ez a terület nagyrészt megkímélje a műveletet. A funkcionális mágneses rezonancia képalkotás további klinikai területei a károsodott tudatú betegek, például kóma, vegetatív állapot vagy MCS (minimális tudatállapot) értékelésére vonatkoznak.
Kockázatok, mellékhatások és veszélyek
A funkcionális mágneses rezonancia tomográfia nagy sikere ellenére ezt a módszert informatikai értékük szempontjából is kritikus szempontból kell megvizsgálni. Lehetséges volt meghatározni bizonyos tevékenységek és a megfelelő agyterületek aktiválása közötti alapvető kapcsolatokat. Egyértelműbbé vált az agy bizonyos területeinek a pszichológiai betegségekben betöltött jelentősége is.
Itt azonban csak a hemoglobin oxigénkoncentrációjának változásait mérik. Mivel ezek a folyamatok az agy bizonyos területein lokalizálhatók, feltételezzük, hogy az agy ezen területei a neurovaszkuláris kapcsolat miatt is aktiválódnak. Az agy tehát gondolkodás közben nem figyelhető meg közvetlenül. Meg kell jegyezni, hogy a véráramlás változása csak néhány másodperc késleltetési periódus után következik be az idegi tevékenység után. Ezért a közvetlen megbízás néha nehéz. Az fMRI előnye más nem invazív neurológiai vizsgálati módszerekkel szemben a tevékenységek sokkal jobb térbeli lokalizációja.
Az időbeli felbontás azonban sokkal alacsonyabb. Az idegrendszeri tevékenységek közvetett meghatározása a véráramlás mérésével és a hemoglobin oxigénellátásával szintén bizonyos bizonytalanságot okoz. Négy másodpercnél hosszabb késést feltételeznek. Meg kell még vizsgálni, hogy feltételezhető-e megbízható idegi aktivitás rövidebb ingerekkel. Vannak azonban a funkcionális mágneses rezonancia tomográfia technikai alkalmazási korlátai is, amelyek többek között azon a tényen alapulnak, hogy a BOLD hatást nem csak az erek, hanem az erekkel szomszédos szövet is generálja.