Функциональная магнитно-резонансная томография

функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) - метод магнитно-резонансной томографии для визуального представления физиологических изменений в организме. Он основан на физических принципах ядерного магнитного резонанса. В более узком смысле этот термин используется в связи с исследованием активированных участков мозга.

Что такое функциональная магнитно-резонансная томография?

На основе магнитно-резонансной томографии (МРТ) физик Кеннет Квонг разработал функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) для визуального представления изменений активности в различных областях мозга. Этот метод измеряет изменения мозгового кровотока, которые связаны с изменениями активности в соответствующих областях мозга через нервно-сосудистую связь.

В этом методе используется различное химическое окружение измеряемых ядер водорода в гемоглобине бедной и богатой кислородом крови. Окисленный гемоглобин (оксигемоглобин) диамагнитен, а бескислородный гемоглобин (дезоксигемоглобин) обладает парамагнитными свойствами. Различия в магнитных свойствах крови также известны как эффект BOLD (эффект зависимости уровня оксигенации крови). Функциональные процессы в головном мозге фиксируются в виде серии секционных изображений.

Таким образом, изменения активности в отдельных областях мозга можно исследовать с помощью конкретных задач испытуемого. Этот метод первоначально использовался для фундаментальных исследований для сравнения моделей активности здоровых людей из контрольной группы с мозговой деятельностью людей с психическими расстройствами. Однако в более широком смысле термин функциональная магнитно-резонансная томография также включает кинематическую магнитно-резонансную томографию, которая описывает движущееся изображение различных органов.

Функция, эффект и цели

Функциональная магнитно-резонансная томография - это дальнейшее развитие магнитно-резонансной томографии (МРТ). С классической МРТ отображаются статические изображения соответствующих органов и тканей, в то время как фМРТ показывает изменения в активности мозга через трехмерные изображения при выполнении определенных действий.

С помощью этой неинвазивной процедуры мозг можно наблюдать в различных ситуациях. Как и в случае с классической МРТ, физическая основа измерения изначально основана на ядерном магнитном резонансе. При приложении статического магнитного поля спины протонов гемоглобина выравниваются в продольном направлении. Высокочастотное переменное поле, приложенное поперек этого направления намагниченности, обеспечивает поперечное отклонение намагниченности от статического поля до резонанса (частота Ламора). Если высокочастотное поле выключено, требуется определенное время для высвобождения энергии, пока намагниченность не перестроится вдоль статического поля.

Это время релаксации измеряется. В фМРТ используется тот факт, что дезоксигемоглобин и оксигемоглобин по-разному намагничиваются. Это приводит к разным измеренным значениям для обеих форм, что можно объяснить влиянием кислорода. Однако, поскольку соотношение оксигемоглобина и дезоксигемоглобина постоянно меняется во время физиологических процессов в головном мозге, серийные записи выполняются как часть фМРТ, которая постоянно фиксирует изменения. Таким образом, активность нервных клеток может отображаться с точностью до миллиметра во временном окне в несколько секунд. Местоположение нейронной активности определяется экспериментально путем измерения сигнала магнитного резонанса в двух разных точках времени.

Сначала измерение происходит в состоянии покоя, а затем в возбужденном состоянии. Затем сравнение записей выполняется в рамках процедуры статистического тестирования, и статистически значимые различия назначаются пространственно. В экспериментальных целях стимул можно предъявить испытуемому несколько раз. Обычно это означает, что задача повторяется много раз. Различия от сравнения данных из фазы стимула с результатами измерения из фазы покоя рассчитываются и затем представляются графически. С помощью этой процедуры можно было определить, какие области мозга активны в какой деятельности. Кроме того, можно определить различия между определенными областями мозга при психологических заболеваниях и здоровым мозгом.

В дополнение к фундаментальным исследованиям, которые дают важную информацию о диагностике психологических заболеваний, этот метод также используется непосредственно в клинической практике. Основная клиническая область применения фМРТ - это локализация языковых областей мозга при подготовке к операциям при опухолях головного мозга. Это необходимо для того, чтобы во время операции эта область была сохранена. Дальнейшие клинические области применения функциональной магнитно-резонансной томографии связаны с оценкой пациентов с нарушениями сознания, такими как кома, вегетативное состояние или MCS (минимальное состояние сознания).

Риски, побочные эффекты и опасности

Несмотря на большой успех функциональной магнитно-резонансной томографии, этот метод также следует критически оценивать с точки зрения его информативности. Удалось определить существенные связи между определенными видами деятельности и активацией соответствующих областей мозга. Также стало яснее значение определенных областей мозга для психологических заболеваний.

Однако здесь измеряются только изменения концентрации кислорода в гемоглобине. Поскольку эти процессы могут быть локализованы в определенных областях мозга, предполагается, что эти области мозга также активируются из-за нервно-сосудистого взаимодействия. Таким образом, во время мышления мозг нельзя наблюдать напрямую. Следует отметить, что изменение кровотока происходит только после периода ожидания в несколько секунд после нейронной активности. Поэтому прямое задание иногда бывает затруднительным. Преимущество фМРТ перед другими неинвазивными методами неврологического обследования заключается в гораздо лучшей пространственной локализации активности.

Однако временное разрешение намного ниже. Непрямое определение активности нейронов посредством измерения кровотока и оксигенации гемоглобина также создает определенную неопределенность. Предполагается, что период задержки превышает четыре секунды. Остается выяснить, можно ли предполагать надежную нервную активность с более короткими стимулами. Однако существуют и технические пределы применения функциональной магнитно-резонансной томографии, которые, помимо прочего, основаны на том факте, что эффект BOLD создается не только кровеносными сосудами, но и клеточной тканью, прилегающей к сосудам.