Kuinka toiminnallinen magneettikuvaus toimii

Magneettikuvaus (MRI) on antanut lääkäreille mahdollisuuden saada erittäin hyviä kuvia aivojen rakenteista. Uudempi tekniikka, joka tunnetaan nimellä toiminnallinen MRI, voi mennä vielä pidemmälle mittaamalla epäsuorasti myös aivotoimintaa. Vaikka tekniikkaa käytetään suurimmaksi osaksi vain tutkimuksissa, se on yleistymässä kliinisessä ympäristössä.

Olet todennäköisesti törmännyt kuviin, jotka on luotu toiminnallisella MRI: llä jossain vaiheessa. Ne osoittavat aivot värillisillä alueilla, jotka kuvaavat aivojen alueita, jotka liittyvät johonkin toimintoon, kuten kieli tai liike. Nämä tutkimukset ovat erittäin suosittuja: Kuukausittain julkaistaan ​​satoja tätä tekniikkaa käyttäviä tieteellisiä artikkeleita, joista monet mainitaan myös maallikkopainossa. Mutta miten nämä kuvat tehdään ja mitä ne itse asiassa edustavat?

Matthew Simmons / Stringer / Getty Images

Kuinka toiminnallinen MRI toimii

Toiminnallinen MRI käyttää erityistä signaalia, jota kutsutaan veren happitasosta riippuvaksi (BOLD) kontrastiksi. Aivojen läpi virtaava veri kuljettaa happea molekyyleille, joita kutsutaan hemoglobiiniksi. Hemoglobiinimolekyylit kuljettavat myös rautaa ja niillä on siten magneettinen signaali. On käynyt ilmi, että hemoglobiinimolekyyleillä on erilaiset magneettiset ominaisuudet, kun ne ovat kiinnittyneet happeen, kuin silloin, kun ne eivät kuljeta happea, ja tämä pieni ero voidaan havaita MRI-koneella.

Kun aivojen alue on aktiivisempi, se kuluttaa aluksi paljon happea veressä. Pian sen jälkeen aivot laajentavat paikallisia verisuonia hapen saannin palauttamiseksi. Aivot saattavat jopa tehdä tämän työn hieman liian hyvin, niin että happipitoisempaa verta menee alueelle kuin mitä alun perin käytettiin. MRI-kone pystyy havaitsemaan signaalieron, joka johtuu tästä veren happipitoisuuden noususta.

Joten toiminnalliset MRI-tutkimukset eivät todellakaan tarkastele hermosolujen aktiivisuutta suoraan, vaan tarkastellaan kuinka veren happitasot muuttuvat ja korreloivat tämän toiminnan hermojen laukaisuun. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä oletus on yleensä oikea, vaikka sairaudet, kuten verisuonten epämuodostumat, kasvaimet ja jopa normaali ikääntyminen, voivat muuttaa suhdetta hermostollisuuden ja paikallisen verenkierron välillä, mikä johtaa rohkeaan signaaliin.

Kuinka lääkärit käyttävät toiminnallista magneettikuvaa

Koska se on suhteellisen uudempi tekniikka ja koska muut tekniikat voivat vastata vastaaviin kysymyksiin, joihin fMRI voi, fMRI: tä ei yleisesti käytetä kliinisissä tai sairaalaympäristöissä. Sitä voidaan kuitenkin käyttää auttamaan tärkeiden aivoleikkausten suunnittelussa. Esimerkiksi, jos neurokirurgi haluaa poistaa aivokasvaimen, joka istuu lähellä aivojen kielikeskuksia, he voivat tilata fMRI-tutkimuksen, joka auttaa osoittamaan tarkalleen, millä aivojen alueilla kieli on mukana. Tämä auttaa neurokirurgia välttämään vahingoittamasta näitä alueita leikkauksen aikana. FMRI: n yleisin käyttö on kuitenkin lääketieteellisessä tutkimuksessa.

FMRI: n avulla tehdyt tutkimustyypit

On kaksi päämenetelmää fMRI: n käyttämiseksi aivotoiminnan visualisointiin. Yksi menetelmä keskittyy tiettyjen aivojen alueiden löytämiseen, jotka vastaavat johonkin tehtävään tai ärsykkeeseen. Esimerkiksi MRI-skannerissa olevalle henkilölle saatetaan näyttää vilkkuva ruutulauta joissakin kohdissa ja toisinaan tyhjä ruutu. Heitä voidaan pyytää painamaan nappia, kun he näkevät vilkkuvan ruutulaudan. Tehtävän aikana tulevaa signaalia verrataan sitten signaaliin, kun tehtävää ei suoriteta, ja tuloksena on eräänlainen kuva siitä, mitä aivojen alueita oli mukana vilkkuvan ruutulevyn näkemisessä ja sitten painikkeen painamisessa.

Toinen tapa käyttää fMRI: tä on hermoverkkojen arviointi. Tähän kuuluu selvittää, mitkä aivojen alueet puhuvat toisilleen. Jos yksi aivojen alue yleensä syttyy samanaikaisesti toisen kanssa, nämä kaksi aivojen aluetta voivat olla yhteydessä toisiinsa. Mitään tehtävää ei ehkä edes tarvita tällaisen tutkimuksen tekemiseen. Tästä syystä näitä tutkimuksia kutsutaan joskus lepotilan toiminnalliseksi magneettikuvantamiseksi.

Funktionaalisten MRI-tutkimusten tulokset ovat hyvin monimutkaisia ​​ja vaativat paljon tilastollisia analyyseja, jotta ne olisivat merkityksellisiä. Tämä johti aluksi moniin ihmisiin epäluottamukseen toiminnallisten MRI-tutkimusten tuloksiin, koska näytti siltä, ​​että analyysissä oli paljon mahdollisia virheitä. Kuitenkin, kun sekä tutkijat että arvostelijat ovat perehtyneet uuteen tekniikkaan, tuloksista on tulossa sekä luotettavampia että luotettavampia.

Mitä tulevaisuus tuo tullessaan

Toiminnalliset MRI-tutkimukset ovat jo osoittaneet monia erilaisia ​​asioita aivoista sen lisäksi, että olemme vahvistaneet sen, mitä tiesimme jo hermoreiteistä ja lokalisoinnista. Vaikka on vaikea sanoa, käytetäänkö fMRI: tä koskaan yleisesti kliinisessä ympäristössä, sen suosio ja tehokkuus pelkästään tutkimusvälineenä tekevät sekä lääkäreille että maallikoille tärkeän käsityksen tämän työkalun toiminnasta.