функционален магнитен резонанс (fMRI) е техника за ядрено-магнитен резонанс, използвана за изобразяване на физиологични промени в тялото. Тя се основава на физическите принципи на ядрено-магнитния резонанс. В по-тесен смисъл терминът се използва във връзка с изследването на активирани мозък площи.
Какво представлява функционалното ядрено-магнитен резонанс?
Класическият ЯМР показва статични изображения на съответните органи и тъкани, докато fMRI възпроизвежда промени в активността в мозък чрез триизмерни изображения по време на изпълнението на конкретни дейности. Базиран на магнитен резонанс (MRI), физикът Кенет Куонг разработи функционално ядрено-магнитен резонанс (fMRI) за образни промени в активността при различни мозък области. Този метод мерки промени в мозъчните кръв поток, които са свързани с промени в активността в съответните мозъчни области чрез невроваскуларно свързване. Този метод се възползва от различната химическа среда на измереното водород ядра в хемоглобин of кислород-изчерпани и кислородни кръв. Кислороден хемоглобин (оксихемоглобин) е диамагнитна, докато кислород-безплатен хемоглобин (дезоксихемоглобин) има парамагнитни свойства. Разликите в магнитните свойства на кръв са известни още като BOLD ефект (Ефект, зависим от нивото на кислород в кръвта). Функционалните процеси в мозъка се записват под формата на серия от изображения в напречно сечение. По този начин промените в активността в отделните мозъчни области могат да бъдат изследвани посредством специфични задачи, изпълнявани на тестваните субекти. Този метод първоначално се използва за основни изследвания за сравняване на моделите на активност при здрави контролни субекти с мозъчните дейности на лица с психични разстройства. В по-широк смисъл обаче терминът функционален магнитен резонанс все още включва кинематично магнитно резонансно изображение, което описва движещото се представяне на различни органи.
Функция, ефект и цели
Функционалното ядрено-магнитен резонанс е по-нататъшно развитие на ядрено-магнитен резонанс (ЯМР). Класическият ЯМР показва статични изображения на съответните органи и тъкани, докато fMRI отразява промените в активността в мозъка чрез триизмерни изображения по време на изпълнението на специфични дейности. По този начин с помощта на този неинвазивен метод мозъкът може да се наблюдава при различни ситуации. Както при класическия ЯМР, физическата основа на измерването първоначално се основава на ядрено-магнитен резонанс. Тук завъртанията на протоните на хемоглобин са подравнени надлъжно чрез прилагане на статично магнитно поле. Високочестотно променливо поле, приложено напречно на тази посока на намагнитване, осигурява напречното отклонение на намагнитването към статичното поле, докато се достигне резонанс (честота на Ламор). Ако високочестотното поле е изключено, отнема известно време при разсейване на енергията, докато намагнитването отново се подреди по статичното поле. Това отдих времето се измерва. При fMRI се използва обстоятелството за различно намагнитване на дезоксихемоглобин и оксихемоглобин. Това води до различни показания за двете форми поради влиянието на кислород. Тъй като обаче съотношението на оксихемоглобин към дезоксихемоглобин се променя непрекъснато по време на физиологичните процеси в мозъка, серийните записи се извършват като част от fMRI, която регистрира промените във всеки момент от времето. По този начин, в рамките на времеви прозорец от няколко секунди, невроналната активност може да бъде визуализирана с милиметрова точност. Експериментално местоположението на невронната активност се определя чрез измервания на магнитно-резонансния сигнал в две различни точки от времето. Първо, измерването се извършва в състояние на покой и след това във възбудено състояние. След това, сравнението на записите се извършва в процедура за статистически тест и статистически значимите разлики се определят пространствено. За експериментални цели стимулът може да бъде представен на субекта няколко пъти. Това обикновено означава, че дадена задача се повтаря често. Разликите от сравнението на данните от фазата на стимула с резултатите от измерванията от фазата на покой се изчисляват и след това се изобразяват изобразително. С тази процедура беше възможно да се определи кои области на мозъка са активни по време на коя дейност. В допълнение към основните изследвания, които предоставят важни открития за диагностика на психологични разстройства, методът се използва и директно в клиничната практика. Основното клинично приложение на fMRI е локализирането на съответните за езика мозъчни области при подготовката на операции за мозъчни тумори. Целта е да се гарантира, че тази област е до голяма степен пощадена по време на операция. Други клинични приложения на функционалното ядрено-магнитен резонанс са свързани с оценката на пациенти с нарушения на съзнанието, като напр кома, будна кома или MCS (минимално съзнателно състояние).
Рискове, странични ефекти и опасности
Въпреки големия успех на функционалното ядрено-магнитен резонанс, този метод също трябва да се разглежда критично по отношение на неговия валидност. Може да се установят значителни корелации между определени дейности и активирането на съответните мозъчни области. Значението на определени мозъчни области за психологични разстройства също стана по-ясно. Тук обаче се измерват само промените в кислородното натоварване на хемоглобина. Тъй като тези процеси могат да бъдат локализирани в определени мозъчни зони, се предполага, че тези мозъчни области също се активират поради невроваскуларно свързване. Така че мозъкът не може да се наблюдава директно при мислене. Трябва да се отбележи, че промяната в кръвния поток настъпва само след латентен период от няколко секунди след невроналната активност. Следователно директното картографиране понякога се затруднява. Предимство за fMRI обаче в сравнение с други неинвазивни методи за неврологично изследване е много по-добрата пространствена локализация на дейностите. Времевата резолюция обаче е много по-ниска. Непрякото определяне на невроналните дейности чрез измерване на кръвния поток и оксигенацията на хемоглобина също поражда известна несигурност. По този начин се приема латентност от повече от четири секунди. Предстои да се проучи дали могат да се приемат надеждни невронални дейности за по-кратки стимули. Все още обаче има и технически ограничения за прилагането на функционално ядрено-магнитен резонанс, основани отчасти на факта, че BOLD ефект се произвежда не само от кръвта съдове но и от клетъчна тъкан, съседна на съдовете.
