Pengimejan resonans magnetik berfungsi

The pengimejan resonans magnetik berfungsi (fMRI) adalah kaedah pengimejan resonans magnetik untuk representasi visual perubahan fisiologi dalam badan. Ia berdasarkan prinsip fizikal resonans magnetik nuklear. Dalam erti kata yang lebih sempit, istilah ini digunakan sehubungan dengan pemeriksaan kawasan otak yang diaktifkan.

Apakah pengimejan resonans magnetik berfungsi?

Berdasarkan tomografi resonans magnetik (MRT), ahli fizik Kenneth Kwong mengembangkan tomografi resonans magnetik berfungsi (fMRI) untuk memvisualisasikan perubahan aktiviti di kawasan otak yang berbeza. Kaedah ini mengukur perubahan dalam aliran darah serebrum yang dikaitkan dengan perubahan aktiviti di kawasan otak yang sesuai melalui gandingan neurovaskular.

Kaedah ini menggunakan persekitaran kimia yang berbeza dari inti hidrogen yang diukur dalam hemoglobin darah yang kekurangan oksigen dan kaya dengan oksigen. Hemoglobin beroksigen (oxyhemoglobin) bersifat diamagnetik, sementara hemoglobin bebas oksigen (deoxyhemoglobin) mempunyai sifat paramagnetik. Perbezaan sifat magnetik darah juga disebut sebagai kesan BOLD (Efek Bergantung Tahap Oksigenasi Darah). Proses fungsional di otak direkodkan dalam bentuk rangkaian gambar keratan.

Dengan cara ini, perubahan aktiviti di kawasan otak individu dapat diperiksa dengan menggunakan tugas-tugas tertentu pada subjek ujian. Kaedah ini pada mulanya digunakan untuk penyelidikan asas untuk membandingkan corak aktiviti pada orang yang sihat dengan aktiviti otak orang yang mengalami gangguan mental. Dalam pengertian yang lebih luas, istilah tomografi resonans magnetik fungsional juga merangkumi tomografi resonans magnetik kinematik, yang menggambarkan perwakilan bergerak pelbagai organ.

Fungsi, kesan & matlamat

Pengimejan resonans magnetik fungsional adalah pengembangan selanjutnya dari pengimejan resonans magnetik (MRT). Dengan MRI klasik, gambar statik organ dan tisu yang sesuai dipaparkan, sementara fMRI menunjukkan perubahan aktiviti di otak melalui gambar tiga dimensi ketika aktiviti tertentu dijalankan.

Dengan bantuan prosedur tidak invasif ini, otak dapat diperhatikan dalam situasi yang berbeza. Seperti MRI klasik, asas fizikal pengukuran pada mulanya berdasarkan resonans magnetik nuklear. Dengan menggunakan medan magnet statik, putaran proton hemoglobin diselaraskan secara membujur. Medan seli frekuensi tinggi yang diterapkan secara melintang ke arah kemagnetan ini memastikan pesongan melintang pemagnetan ke medan statik hingga resonans (frekuensi Lamor). Sekiranya medan frekuensi tinggi dimatikan, ia memerlukan masa tertentu sambil melepaskan tenaga sehingga daya magnet menjajarkan dirinya semula di sepanjang medan statik.

Masa berehat ini diukur. Dalam fMRI, fakta bahawa deoxyhemoglobin dan oxyhemoglobin dimagnetkan secara berbeza dieksploitasi. Ini menghasilkan nilai yang diukur yang berbeza untuk kedua bentuk, yang dapat dikaitkan dengan pengaruh oksigen. Namun, kerana nisbah oxyhemoglobin ke deoxyhemoglobin sentiasa berubah semasa proses fisiologi di otak, rakaman bersiri dilakukan sebagai sebahagian daripada fMRI, yang mencatat perubahan setiap saat. Dengan cara ini, aktiviti sel saraf dapat ditampilkan dengan ketepatan milimeter dalam jangka masa beberapa saat. Lokasi aktiviti saraf ditentukan secara eksperimen dengan mengukur isyarat resonans magnetik pada dua titik masa yang berbeza.

Pertama, pengukuran dilakukan dalam keadaan rehat dan kemudian dalam keadaan teruja. Kemudian perbandingan rakaman dilakukan dalam prosedur ujian statistik dan perbezaan signifikan secara statistik diberikan secara spasial. Untuk tujuan eksperimen, rangsangan dapat disampaikan kepada orang yang diuji beberapa kali. Ini biasanya bermaksud bahawa tugas diulang berkali-kali. Perbezaan dari perbandingan data dari fasa rangsangan dengan hasil pengukuran dari fasa rehat dikira dan kemudian ditunjukkan secara grafik. Dengan prosedur ini adalah mungkin untuk menentukan kawasan otak yang aktif dalam aktiviti mana. Di samping itu, perbezaan antara kawasan otak tertentu dalam penyakit psikologi dan otak yang sihat dapat ditentukan.

Sebagai tambahan kepada penyelidikan asas, yang memberikan pandangan penting mengenai diagnosis penyakit psikologi, kaedah ini juga digunakan secara langsung dalam praktik klinikal. Kawasan klinikal utama penggunaan fMRI adalah penyetempatan kawasan otak yang berkaitan dengan bahasa dalam penyediaan operasi pada tumor otak. Ini untuk memastikan bahawa kawasan ini sebahagian besarnya terhindar semasa operasi. Lebih jauh bidang klinikal penerapan pengimejan resonans magnetik berfungsi berkaitan dengan penilaian pesakit dengan kesedaran yang terganggu, seperti koma, keadaan vegetatif atau MCS (keadaan kesedaran minimum).

Risiko, kesan sampingan & bahaya

Walaupun kejayaan besar tomografi resonans magnetik berfungsi, kaedah ini juga harus dilihat secara kritis dari segi nilai informatifnya. Adalah mungkin untuk menjalin hubungan penting antara aktiviti tertentu dan pengaktifan kawasan otak yang sesuai. Kepentingan kawasan otak tertentu untuk penyakit psikologi juga menjadi lebih jelas.

Walau bagaimanapun, hanya perubahan kepekatan oksigen hemoglobin yang diukur di sini. Oleh kerana proses ini dapat dilokalisasikan ke daerah otak tertentu, diasumsikan, berdasarkan gandingan neurovaskular, bahawa kawasan otak ini juga diaktifkan. Jadi otak tidak dapat diamati secara langsung semasa berfikir. Harus diingat bahawa perubahan aliran darah berlaku hanya setelah tempoh latensi beberapa saat setelah aktiviti saraf. Oleh itu, tugas langsung kadang-kadang sukar. Kelebihan fMRI berbanding kaedah pemeriksaan neurologi bukan invasif yang lain adalah penyetempatan spasial aktiviti yang jauh lebih baik.

Walau bagaimanapun, resolusi temporal jauh lebih rendah. Penentuan tidak langsung aktiviti neuron melalui pengukuran aliran darah dan pengoksigenan hemoglobin juga menimbulkan ketidakpastian tertentu. Latensi lebih dari empat saat diandaikan. Masih perlu diselidiki sama ada aktiviti saraf yang boleh dipercayai dapat diasumsikan dengan rangsangan yang lebih pendek. Walau bagaimanapun, terdapat juga had aplikasi teknikal tomografi resonans magnetik fungsional, yang didasarkan, antara lain, pada kenyataan bahawa kesan BOLD tidak hanya dihasilkan oleh saluran darah, tetapi juga oleh tisu sel yang berdekatan dengan pembuluh darah.