Funktionel magnetisk resonansafbildning

Det funktionel magnetisk resonansafbildning (fMRI) er en metode til magnetisk resonansafbildning til visuel repræsentation af fysiologiske ændringer i kroppen. Det er baseret på de fysiske principper for nukleær magnetisk resonans. I den snævrere forstand bruges udtrykket i forbindelse med undersøgelsen af ​​aktiverede områder i hjernen.

Hvad er funktionel magnetisk resonansbillede?

På basis af magnetisk resonansetomografi (MRT) udviklede fysikeren Kenneth Kwong funktionel magnetisk resonansetomografi (fMRI) til visuel repræsentation af ændringer i aktivitet i de forskellige hjerneområder. Denne metode måler ændringer i den cerebrale blodstrøm, der er knyttet til ændringer i aktivitet i de tilsvarende områder af hjernen via den neurovaskulære kobling.

Denne metode bruger de forskellige kemiske omgivelser i de målte brintkerner i hæmoglobinet af iltfattigt og iltrigt blod. Oxygeneret hæmoglobin (oxyhemoglobin) er diamagnetisk, mens iltfrit hæmoglobin (deoxyhemoglobin) har paramagnetiske egenskaber. Forskellene i blodets magnetiske egenskaber kaldes også BOLD-effekten (Blood-Oxygenation-Level Dependent Effect). De funktionelle processer i hjernen registreres i form af en række snitbilleder.

På denne måde kan ændringerne i aktivitet i de enkelte hjerneområder undersøges gennem specifikke opgaver på testpersonen. Denne metode bruges oprindeligt til grundlæggende forskning til at sammenligne aktivitetsmønstre hos sunde kontrolpersoner med hjerneaktiviteterne hos personer med psykiske lidelser. I en bredere forstand inkluderer udtrykket funktionel magnetisk resonans tomografi også kinematisk magnetisk resonans tomografi, der beskriver den bevægende repræsentation af forskellige organer.

Funktion, effekt & mål

Funktionel magnetisk resonansafbildning er en videreudvikling af magnetisk resonansafbildning (MRT). Med klassisk MRI vises statiske billeder af tilsvarende organer og væv, mens fMRI viser ændringer i aktivitet i hjernen gennem tredimensionelle billeder, når visse aktiviteter udføres.

Ved hjælp af denne ikke-invasive procedure kan hjernen observeres i forskellige situationer. Som med klassisk MR er det fysiske grundlag for målingen oprindeligt baseret på nukleær magnetisk resonans. Spinsene på protonerne i hæmoglobinet er rettet i længderetningen ved anvendelse af et statisk magnetfelt. Et højfrekvent vekslende felt, der påføres på tværs af denne magnetiseringsretning, sikrer magnetisk tværbøjning af magnetiseringen til det statiske felt op til resonans (Lamorfrekvens). Hvis højfrekvensfeltet er slukket, tager det en vis tid, mens energi frigives, indtil magnetiseringen justerer sig igen langs det statiske felt.

Denne afslapningstid måles. I fMRI udnyttes det faktum, at deoxyhemoglobin og oxyhemoglobin magnetiseres forskelligt. Dette resulterer i forskellige målte værdier for begge former, som kan tilskrives påvirkningen af ​​ilt. Da forholdet mellem oxyhemoglobin og deoxyhemoglobin konstant ændres under de fysiologiske processer i hjernen, udføres serielle optagelser som en del af fMRI, der registrerer ændringerne på alle tidspunkter. På denne måde kan nervecelleaktiviteter vises med millimeterpræcision i et tidsvindue på nogle få sekunder. Placeringen af ​​den neurale aktivitet bestemmes eksperimentelt ved at måle det magnetiske resonanssignal på to forskellige tidspunkter.

Først foregår målingen i hviletilstand og derefter i en ophidset tilstand. Derefter foretages sammenligningen af ​​optagelserne i en statistisk testprocedure, og de statistisk signifikante forskelle tildeles rumligt. Til eksperimentelle formål kan stimulansen præsenteres for testpersonen flere gange. Dette betyder normalt, at en opgave gentages mange gange. Forskellene fra sammenligningen af ​​dataene fra stimulusfasen med måleresultaterne fra hvilefasen beregnes og repræsenteres derefter grafisk. Med denne procedure var det muligt at bestemme, hvilke områder af hjernen der er aktive i hvilken aktivitet. Derudover kunne forskellene mellem visse hjerneområder i psykologiske sygdomme og sunde hjerner bestemmes.

Ud over grundlæggende forskning, der giver vigtig indsigt i diagnosen psykologiske sygdomme, bruges metoden også direkte i klinisk praksis. Det vigtigste kliniske anvendelsesområde for fMRI er lokaliseringen af ​​sprogrelevante hjerneområder i forberedelsen af ​​operationer på hjernesvulster. Dette er for at sikre, at dette område stort set skånes under operationen. Andre kliniske anvendelsesområder for funktionel magnetisk resonansafbildning vedrører vurderingen af ​​patienter med nedsat bevidsthed, såsom koma, vegetativ tilstand eller MCS (minimal bevidsthedstilstand).

Risici, bivirkninger og farer

På trods af den store succes med funktionel magnetisk resonans tomografi, bør denne metode også ses kritisk med hensyn til dens informative værdi. Væsentlige forbindelser mellem visse aktiviteter og aktivering af de tilsvarende hjerneområder kunne bestemmes. Betydningen af ​​visse områder af hjernen for psykologiske sygdomme er også blevet klarere.

Imidlertid måles kun ændringerne i iltkoncentrationen i hæmoglobinet her. Da disse processer kan lokaliseres til bestemte områder af hjernen, antages det, baseret på den neurovaskulære kobling, at disse områder af hjernen også aktiveres. Så hjernen kan ikke observeres direkte, mens man tænker. Det skal bemærkes, at ændringen i blodstrømmen kun forekommer efter en latenstid på nogle få sekunder efter den neurale aktivitet. Derfor er en direkte tildeling undertiden vanskelig. Fordelen ved fMRI i forhold til andre ikke-invasive neurologiske undersøgelsesmetoder er den meget bedre rumlige lokalisering af aktiviteterne.

Den tidsmæssige opløsning er imidlertid meget lavere. Den indirekte bestemmelse af de neuronale aktiviteter gennem blodstrømningsmålinger og hæmoglobin-oxygenering skaber også en vis usikkerhed. En latensperiode på over fire sekunder antages. Det er endnu ikke undersøgt, om pålidelige neurale aktiviteter kan antages med kortere stimuli. Der er imidlertid også tekniske anvendelsesgrænser for funktionel magnetisk resonansafbildning, der blandt andet er baseret på det faktum, at BOLD-effekten ikke kun genereres af blodkarene, men også af cellevævet ved siden af ​​karene.