نحوه عملکرد FMRI

تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی تکنیکی برای اندازه گیری فعالیت مغز است، اما چگونه کار می کند؟

 

FMRI چیست؟

تصویر مغز تولید شده توسط FMRI [تصویر: مرکز FMRIB]

تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی یا FMRI، با تشخیص تغییرات در اکسیژن‌رسانی و جریان خون که در پاسخ به فعالیت عصبی رخ می‌دهد کار می‌کند – زمانی که یک ناحیه مغزی فعال‌تر است، اکسیژن بیشتری مصرف می‌کند و برای پاسخگویی به این تقاضای افزایش یافته، جریان خون به ناحیه فعال افزایش می‌یابد. . از FMRI می توان برای تولید نقشه های فعال سازی استفاده کرد که نشان می دهد کدام قسمت های مغز در یک فرآیند ذهنی خاص درگیر هستند.

زمینه

توسعه FMRI در دهه 1990، که عموماً به سیجی اوگاوا و کن کوانگ نسبت داده می‌شود، آخرین نوآوری در خط طولانی نوآوری است، از جمله توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) و طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک (NIRS)، که از جریان خون و متابولیسم اکسیژن برای استنباط استفاده می‌کند. فعالیت مغز به عنوان یک تکنیک تصویربرداری مغز، FMRI چندین مزیت قابل توجه دارد:

  1. این غیر تهاجمی است و شامل تشعشع نمی شود و برای سوژه ایمن است.
  2. وضوح مکانی و زمانی خوبی دارد.
  3. استفاده از آن برای آزمایشگر آسان است.

جذابیت های FMRI آن را به ابزاری محبوب برای تصویربرداری از عملکرد طبیعی مغز – به ویژه برای روانشناسان تبدیل کرده است. در طول دهه گذشته، بینش جدیدی را برای بررسی چگونگی شکل‌گیری خاطرات، زبان، درد، یادگیری و عواطف به جز چند حوزه تحقیقاتی ارائه کرده است. FMRI همچنین در محیط های بالینی و تجاری استفاده می شود.

مغز مناطقی را نشان می دهد که مسئول حس هستند [تصویر: FMRIB]

مناطق حسی مغز – با حسن نیت از Peter Hobden، FMRIB

ام آر آی چگونه کار می کند؟

FMRI نوع خاصی از اسکن مغناطیسی است.

لوله استوانه ای یک اسکنر MRI یک آهنربای الکتریکی بسیار قدرتمند را در خود جای داده است. یک اسکنر تحقیقاتی معمولی (مانند اسکنر مرکز FMRIB) دارای قدرت میدانی 3 تسلا (T) است که حدود 50000 برابر بیشتر از میدان زمین است.

میدان مغناطیسی داخل اسکنر بر هسته های مغناطیسی اتم ها تأثیر می گذارد. هسته‌های اتم معمولاً به‌طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند، اما تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی، هسته‌ها با جهت میدان همسو می‌شوند. هر چه میدان قوی تر باشد درجه تراز بیشتر است.

هنگامی که به یک جهت اشاره می کنید، سیگنال های مغناطیسی کوچک از هسته های منفرد به طور منسجم جمع می شوند و در نتیجه سیگنالی به اندازه کافی بزرگ برای اندازه گیری می شود. در FMRI سیگنال مغناطیسی از هسته های هیدروژن در آب ( H2O ) است که شناسایی می شود.

کلید MRI این است که سیگنال هسته های هیدروژن بسته به محیط اطراف، قدرت متفاوتی دارد. این وسیله ای برای تمایز بین ماده خاکستری، ماده سفید و مایع نخاعی مغزی در تصاویر ساختاری مغز فراهم می کند.

FMRI چه چیزی را اندازه گیری می کند؟

اکسیژن توسط هموگلوبین موجود در گلبول های قرمز مویرگی به نورون ها می رسد. هنگامی که فعالیت عصبی افزایش می یابد، تقاضا برای اکسیژن افزایش می یابد و پاسخ موضعی افزایش جریان خون به مناطق افزایش فعالیت عصبی است.

هموگلوبین وقتی اکسیژن دار می شود دیامغناطیس است اما وقتی اکسیژن زدایی می شود پارامغناطیس است. این تفاوت در خواص مغناطیسی منجر به تفاوت های کوچک در سیگنال MR خون بسته به درجه اکسیژن می شود. از آنجایی که اکسیژن رسانی خون بسته به سطوح فعالیت عصبی متفاوت است، این تفاوت ها می توانند برای تشخیص فعالیت مغز مورد استفاده قرار گیرند. این شکل از MRI ​​به تصویربرداری وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD) معروف است.

جلوه BOLD [تصویر: FMRIB]

نمودار اثر BOLD – توسط استوارت کلر، FMRIB

یکی از نکاتی که باید به آن توجه داشت، تغییر جهت اکسیژن رسانی با افزایش فعالیت است. ممکن است انتظار داشته باشید که اکسیژن خون با فعال شدن کاهش یابد، اما واقعیت کمی پیچیده تر است.

بلافاصله پس از افزایش فعالیت عصبی، کاهش لحظه‌ای در اکسیژن‌رسانی خون وجود دارد که به عنوان «شیب اولیه» در پاسخ همودینامیک شناخته می‌شود. پس از این دوره، جریان خون افزایش می‌یابد، نه فقط تا حدی که نیاز اکسیژن برآورده می‌شود، بلکه جبران بیش از حد تقاضای افزایش می‌یابد.

این بدان معناست که اکسیژن خون در واقع به دنبال فعال سازی عصبی افزایش می یابد. جریان خون پس از حدود 6 ثانیه به اوج خود می رسد و سپس به حالت اولیه باز می گردد، که اغلب با یک “کمتر پس از محرک” همراه است.

نقشه های فعال سازی

FMRI صوتی تصویری - تک تکه [تصویر: FMRIB]

این تصویر [ سمت چپ، با احترام استیو اسمیت، FMRIB ] نتیجه ساده‌ترین نوع آزمایش FMRI است. در حالی که سوژه در اسکنر MRI دراز کشیده بود، صفحه ای را تماشا کرد که هر 30 ثانیه یک بار بین نشان دادن یک محرک بصری و تاریک بودن متناوب بود. در همین حال اسکنر MRI سیگنال را در سراسر مغز ردیابی کرد.

در نواحی مغزی که به محرک بینایی پاسخ می‌دهند، انتظار می‌رود با روشن و خاموش شدن محرک، سیگنال بالا و پایین برود، البته با تأخیر در پاسخ جریان خون کمی تار شود. «فعالیت» در یک وکسل (کوچک‌ترین واحد در یک تصویر سه‌بعدی) به این صورت تعریف می‌شود که چقدر مسیر زمانی سیگنال از آن وکسل با دوره زمانی مورد انتظار مطابقت دارد.

به ووکسل هایی که سیگنال آنها کاملاً مطابقت دارد، امتیاز فعال سازی بالا، وکسل هایی که هیچ همبستگی نشان نمی دهند دارای امتیاز پایین و وکسل هایی که عکس آن (غیرفعال سازی) را نشان می دهند، نمره منفی می گیرند. سپس می توان آنها را به نقشه های فعال سازی ترجمه کرد.

سری زمانی FMRI

نمودار دوره زمانی توسط استیو اسمیت، FMRIB

تصاویر حاصل از آزمایش‌های FMRI اغلب به صورت رنگی ارائه می‌شوند تا تجسم نتایج را آسان‌تر کنند.

استفاده بالینی و تجاری

FMRI اکنون نقش کوچک اما رو به رشدی در تصویربرداری عصبی بالینی دارد. این در برنامه ریزی قبل از جراحی برای بومی سازی عملکرد مغز استفاده می شود.

همچنین پتانسیل FMRI بالینی در کاربردهایی از جمله تشخیص پیش علامتی، توسعه دارو، شخصی‌سازی درمان‌ها و درک اختلالات عملکردی مغز وجود دارد. مطالعات اولیه همچنین نشان می دهد که FMRI دارای پتانسیل استفاده به عنوان بازخورد زیستی برای شرایطی مانند درد مزمن است.

چندین سرمایه گذاری اولیه برای سرمایه گذاری بر روی FMRI وجود داشته است. دو شرکت در آمریکای شمالی راه اندازی شده اند که خدمات تشخیص دروغ را با استفاده از FMRI ارائه می دهند. چندین شرکت بازاریابی عصبی نیز وجود دارند که از FMRI برای به دست آوردن بینش در مورد افکار و رفتار مصرف کننده استفاده می کنند.

 مقدمه کامل FMRI

مقالات مرتبط

پاسخ‌ها

دوره‌های آموزشی آنلاین

چرا درخت

قیمت گذاری

الهام بخش

برای اطلاع از آخرین اتفاقات در خبرنامه عضو شوید

ارتقای فردی

مهارت‌های شغلی

دانش