funksjonell magnetisk resonansbilder (fMRI) er en magnetisk resonansavbildningsteknikk som brukes til å avbilde fysiologiske endringer i kroppen. Den er basert på de fysiske prinsippene for kjernemagnetisk resonans. I en smalere forstand brukes begrepet i forbindelse med undersøkelsen av aktivert hjerne områder.
Hva er funksjonell magnetisk resonansavbildning?
Klassisk MR viser statiske bilder av tilsvarende organer og vev, mens fMRI reproduserer endringer i aktivitet i hjerne gjennom tredimensjonale bilder under utførelsen av spesifikke aktiviteter. Basert på magnetisk resonansbilder (MRI), fysiker Kenneth Kwong utviklet funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) for avbildningsendringer i aktivitet i forskjellige hjerne områder. Denne metoden målinger endringer i hjernen blod flyt som er assosiert med aktivitetsendringer i de tilsvarende hjerneområdene via nevrovaskulær kobling. Denne metoden utnytter det forskjellige kjemiske miljøet til det målte hydrogen kjerner i hemoglobin of oksygen-uttappet og oksygenert blod. Oksygenert hemoglobin (oxyhemoglobin) er diamagnetisk, mens oksygen-fritt hemoglobin (deoksyhemoglobin) har paramagnetiske egenskaper. Forskjellene i de magnetiske egenskapene til blod er også kjent som MODIG effekt (Blod-oksygeneringsnivå avhengig effekt). De funksjonelle prosessene i hjernen registreres i form av tverrsnittsbildeserier. På denne måten kan endringene i aktivitet i de enkelte hjerneområdene undersøkes ved hjelp av spesifikke oppgaver utført på testpersonene. Denne metoden brukes opprinnelig for grunnleggende forskning for å sammenligne aktivitetsmønstre hos sunne kontrollpersoner med hjerneaktivitetene til personer med psykiske lidelser. Imidlertid, i en bredere forstand, begrepet funksjonelt magnetisk resonansbilder inkluderer fremdeles kinematisk magnetisk resonansbilder, som beskriver den bevegelige representasjonen av forskjellige organer.
Funksjon, effekt og mål
Funksjonell magnetisk resonansavbildning er en videreutvikling av magnetisk resonansavbildning (MR). Klassisk MR viser statiske bilder av tilsvarende organer og vev, mens fMRI reflekterer endringer i aktivitet i hjernen gjennom tredimensjonale bilder under utførelsen av spesifikke aktiviteter. Dermed kan hjernen observeres under forskjellige situasjoner ved hjelp av denne ikke-invasive metoden. Som med klassisk MR, er det fysiske grunnlaget for målingen i utgangspunktet basert på kjernemagnetisk resonans. Her snurrer protonene til hemoglobin er justert i lengderetningen ved å påføre et statisk magnetfelt. Et høyfrekvent vekslende felt påført på tvers av denne retningen av magnetisering sikrer tverrbøyning av magnetiseringen til det statiske feltet til resonans (Lamor-frekvens) er nådd. Hvis høyfrekvensfeltet er slått av, tar det en viss tid under energispredning til magnetiseringen justeres langs det statiske feltet igjen. Dette avslapping tiden måles. I fMRI utnyttes omstendighetene til forskjellig magnetisering av deoksyhemoglobin og oksyhemoglobin. Dette resulterer i forskjellige målinger for de to formene på grunn av påvirkning av oksygen. Imidlertid, siden forholdet mellom oxyhemoglobin og deoxyhemoglobin endrer seg kontinuerlig under fysiologiske prosesser i hjernen, utføres serieopptak som en del av fMRI, som registrerer endringene på hvert tidspunkt. Dermed, innen et tidsvindu på noen få sekunder, kan nevronaktivitet visualiseres med millimeter presisjon. Eksperimentelt bestemmes plasseringen av nevronaktivitet ved målinger av magnetisk resonanssignal på to forskjellige tidspunkter. Først utføres målingen i hviletilstand og deretter i en eksitert tilstand. Deretter blir sammenligningen av opptakene utført i en statistisk testprosedyre, og de statistisk signifikante forskjellene tildeles romlig. For eksperimentelle formål kan stimulansen presenteres for emnet flere ganger. Dette betyr vanligvis at en oppgave gjentas ofte. Forskjellene fra sammenligningen av dataene fra stimulusfasen med måleresultatene fra hvilefasen beregnes og vises deretter bildelig. Med denne prosedyren var det mulig å bestemme hvilke områder av hjernen som var aktive under hvilken aktivitet. Videre kunne forskjellene mellom visse hjerneområder i psykologiske lidelser og sunne hjerner bestemmes. I tillegg til grunnleggende forskning, som gir viktige funn for diagnostisering av psykiske lidelser, brukes metoden også direkte i klinisk praksis. Den viktigste kliniske anvendelsen av fMRI er lokalisering av språkrelevante hjerneområder i forberedelsene til operasjoner for hjernesvulster. Målet er å sikre at dette området i stor grad blir spart under operasjonen. Andre kliniske anvendelser av funksjonell magnetisk resonansavbildning er knyttet til vurdering av pasienter med bevissthetsforstyrrelser, som f.eks koma, våkne koma eller MCS (minimalt bevisst tilstand).
Risiko, bivirkninger og farer
Til tross for den store suksessen med funksjonell magnetisk resonansavbildning, bør denne metoden også sees kritisk i forhold til dens gyldighet. Betydelige sammenhenger mellom bestemte aktiviteter og aktivering av tilsvarende hjerneområder kunne etableres. Betydningen av visse hjerneområder for psykiske lidelser har også blitt tydeligere. Imidlertid måles bare endringer i oksygenbelastningen av hemoglobin her. Fordi disse prosessene kan lokaliseres til spesifikke hjerneområder, antas det at disse hjerneområdene også aktiveres på grunn av nevrovaskulær kobling. Så hjernen kan ikke observeres direkte tenking. Det må bemerkes at endringen i blodstrøm først skjer etter en latensperiode på flere sekunder etter nevronaktivitet. Derfor blir direkte kartlegging av og til vanskeliggjort. En fordel for fMRI sammenlignet med andre ikke-invasive nevrologiske undersøkelsesmetoder er imidlertid den mye bedre romlige lokaliseringen av aktivitetene. Den tidsmessige oppløsningen er imidlertid mye lavere. Indirekte bestemmelse av nevronale aktiviteter ved måling av blodstrøm og oksygenering av hemoglobin genererer også noe usikkerhet. Dermed antas en ventetid på mer enn fire sekunder. Om pålitelige nevronale aktiviteter kan antas for kortere stimuli, gjenstår å undersøke. Imidlertid er det fortsatt tekniske begrensninger for anvendelsen av funksjonell magnetisk resonanstomografi, delvis basert på at MODIG effekten er ikke bare produsert av blod fartøy men også av cellevev ved siden av karene.
