Funksjonell magnetisk resonansavbildning

De funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) er en metode for magnetisk resonansavbildning for visuell representasjon av fysiologiske forandringer i kroppen. Det er basert på de fysiske prinsippene for kjernemagnetisk resonans. I smalere forstand brukes begrepet i forbindelse med undersøkelse av aktiverte områder i hjernen.

Hva er funksjonell magnetisk resonansavbildning?

På grunnlag av magnetisk resonansetomografi (MRT) utviklet fysikeren Kenneth Kwong funksjonell magnetisk resonansetomografi (fMRI) for å visualisere endringer i aktivitet i de forskjellige hjerneområdene. Denne metoden måler endringer i den cerebrale blodstrømmen som er knyttet til endringer i aktivitet i de tilsvarende områdene i hjernen via den neurovaskulære koblingen.

Denne metoden bruker de forskjellige kjemiske omgivelsene til de målte hydrogenkjerner i hemoglobinet til oksygenfattig og oksygenrikt blod. Oksygenert hemoglobin (oksyhemoglobin) er diamagnetisk, mens oksygenfritt hemoglobin (deoksyhemoglobin) har paramagnetiske egenskaper. Forskjellene i blodets magnetiske egenskaper blir også referert til som BOLD-effekten (Blood Oxygenation Level Dependent Effect). De funksjonelle prosessene i hjernen registreres i form av en serie seksjonsbilder.

På denne måten kan endringene i aktivitet i de enkelte hjerneområder undersøkes ved bruk av spesifikke oppgaver på testemnet. Denne metoden er opprinnelig brukt til grunnleggende forskning for å sammenligne aktivitetsmønstre hos sunne kontrollpersoner med hjerneaktivitetene til personer med psykiske lidelser. I en større forstand inkluderer begrepet funksjonell magnetisk resonans tomografi også kinematisk magnetisk resonans tomografi, som beskriver den bevegelige representasjonen av forskjellige organer.

Funksjon, effekt og mål

Funksjonell magnetisk resonansavbildning er en videreutvikling av magnetisk resonansavbildning (MRT). Med klassisk MR vises statiske bilder av tilsvarende organer og vev, mens fMRI viser endringene i aktivitet i hjernen gjennom tredimensjonale bilder når visse aktiviteter utføres.

Ved hjelp av denne ikke-invasive prosedyren kan hjernen observeres i forskjellige situasjoner. Som med klassisk MR er det fysiske grunnlaget for målingen opprinnelig basert på kjernemagnetisk resonans. Ved å påføre et statisk magnetfelt, blir spinnene til protonene i hemoglobin rettet i lengderetningen. Et høyfrekvent vekslingsfelt påført på tvers av denne magnetiseringsretningen sikrer magnetisk tverrbøyning av magnetiseringen til det statiske feltet opp til resonans (Lamorfrekvens). Hvis høyfrekvensfeltet er slått av, tar det en viss tid mens du frigjør energi til magnetiseringen justerer seg igjen langs det statiske feltet.

Denne avslapningstiden måles. I fMRI utnyttes det faktum at deoksyhemoglobin og oksyhemoglobin magnetiseres på en annen måte. Dette resulterer i forskjellige målte verdier for begge former, som kan tilskrives påvirkning av oksygen. Siden forholdet mellom oksyhemoglobin og deoksyhemoglobin stadig endres under de fysiologiske prosessene i hjernen, blir serielle opptak utført som en del av fMRI, som registrerer endringene når som helst. På denne måten kan nervecelleaktiviteter vises med millimeterpresisjon i et tidsvindu på noen få sekunder. Plasseringen av den nevrale aktiviteten bestemmes eksperimentelt ved å måle det magnetiske resonanssignalet på to forskjellige tidspunkter.

Først skjer målingen i hviletilstand og deretter i en spent tilstand. Deretter blir sammenligningen av registreringene utført i en statistisk testprosedyre og de statistisk signifikante forskjellene blir tilordnet romlig. For eksperimentelle formål kan stimulansen presenteres for testpersonen flere ganger. Dette betyr vanligvis at en oppgave blir gjentatt mange ganger. Forskjellene fra sammenligningen av dataene fra stimulusfasen med måleresultatene fra hvilefasen blir beregnet og deretter representert grafisk. Med denne prosedyren var det mulig å bestemme hvilke områder i hjernen som er aktive i hvilken aktivitet. I tillegg kunne forskjellene mellom visse hjerneområder i psykologiske sykdommer og sunne hjerner bestemmes.

I tillegg til grunnleggende forskning, som gir viktig innsikt i diagnosen psykologiske sykdommer, brukes metoden også direkte i klinisk praksis. Det viktigste kliniske anvendelsesområdet for fMRI er lokalisering av språkrelevante hjerneområder i utarbeidelse av operasjoner på hjernesvulster. Dette for å sikre at dette området i stor grad blir skånet under operasjonen. Ytterligere kliniske anvendelsesområder for funksjonell magnetisk resonansavbildning vedrører vurderingen av pasienter med nedsatt bevissthet, for eksempel koma, vegetativ tilstand eller MCS (minimal bevissthetstilstand).

Risiko, bivirkninger og farer

Til tross for den store suksessen med funksjonell magnetisk resonansetomografi, bør denne metoden også sees kritisk med tanke på dens informative verdi. Det var mulig å etablere viktige forbindelser mellom visse aktiviteter og aktiveringen av de tilsvarende hjerneområdene. Betydningen av visse områder i hjernen for psykiske sykdommer har også blitt tydeligere.

Imidlertid måles bare endringene i oksygenkonsentrasjonen i hemoglobin her. Fordi disse prosessene kan lokaliseres til bestemte områder av hjernen, antas det, basert på den neurovaskulære koblingen, at disse områdene i hjernen også er aktivert. Så hjernen kan ikke observeres direkte mens du tenker. Det må bemerkes at endringen i blodstrømmen bare skjer etter en latenstid på noen få sekunder etter den nevrale aktiviteten. Derfor er en direkte oppgave noen ganger vanskelig. Fordelen med fMRI i forhold til andre ikke-invasive nevrologiske undersøkelsesmetoder er den mye bedre romlige lokaliseringen av aktivitetene.

Den tidsmessige oppløsningen er imidlertid mye lavere. Den indirekte bestemmelsen av neuronale aktiviteter gjennom blodstrømningsmålinger og hemoglobin oksygenering skaper også en viss usikkerhet. Det antas en forsinkelse på over fire sekunder. Det gjenstår å undersøke om pålitelige nevrale aktiviteter kan antas med kortere stimuli. Imidlertid er det også tekniske anvendelsesgrenser for funksjonell magnetisk resonansetomografi, som blant annet er basert på det faktum at BOLD-effekten ikke bare genereres av blodkarene, men også av cellevevet ved siden av karene.