Funkční magnetická rezonance (fMRI) je technika zobrazování magnetickou rezonancí používaná k zobrazování fyziologických změn v těle. Je založen na fyzikálních principech nukleární magnetické rezonance. V užším smyslu se tento termín používá v souvislosti s vyšetřováním aktivovaných mozek oblasti.
Co je to funkční zobrazování magnetickou rezonancí?
Klasická MRI zobrazuje statické obrazy odpovídajících orgánů a tkání, zatímco fMRI reprodukuje změny aktivity v mozek prostřednictvím trojrozměrných obrazů během provádění konkrétních činností. Na základě magnetická rezonance (MRI), fyzik Kenneth Kwong vyvinul funkční zobrazování magnetickou rezonancí (fMRI) pro zobrazování změn aktivity v různých mozek oblastech. Tato metoda opatření změny v mozku krev tok, který je spojen se změnami aktivity v odpovídajících oblastech mozku prostřednictvím neurovaskulární vazby. Tato metoda využívá rozdílného chemického prostředí měřeného vodík jádra v hemoglobin of kyslík- vyčerpaný a okysličený krev. Okysličený hemoglobin (oxyhemoglobin) je diamagnetický, zatímco kyslíkvolný hemoglobin (deoxyhemoglobin) má paramagnetické vlastnosti. Rozdíly v magnetických vlastnostech krev jsou také známé jako TUČNĚ účinek (účinek závislý na úrovni kyslíku v krvi). Funkční procesy v mozku jsou zaznamenávány ve formě průřezových obrazových řad. Tímto způsobem mohou být sledovány změny aktivity v jednotlivých oblastech mozku pomocí konkrétních úkolů prováděných na testovaných osobách. Tato metoda se zpočátku používá pro základní výzkum ke srovnání vzorců aktivity u zdravých kontrolních subjektů s mozkovými aktivitami jedinců s duševními poruchami. V širším smyslu však termín funkční magnetická rezonance stále zahrnuje kinematické magnetické rezonance, které popisuje pohyblivou reprezentaci různých orgánů.
Funkce, účinek a cíle
Funkční zobrazování magnetickou rezonancí je dalším vývojem zobrazování magnetickou rezonancí (MRI). Klasická MRI zobrazuje statické obrazy příslušných orgánů a tkání, zatímco fMRI odráží změny aktivity v mozku prostřednictvím trojrozměrných obrazů během provádění konkrétních činností. Takže pomocí této neinvazivní metody lze mozek pozorovat v různých situacích. Stejně jako u klasického MRI je fyzikální základ měření původně založen na nukleární magnetické rezonanci. Tady, protočení protonů hemoglobin jsou zarovnány podélně působením statického magnetického pole. Vysokofrekvenční střídavé pole aplikované příčně na tento směr magnetizace zajišťuje příčné vychýlení magnetizace na statické pole, dokud není dosaženo rezonance (Lamorova frekvence). Pokud je vysokofrekvenční pole vypnuto, trvá určitý čas ztrátě energie, než se magnetizace znovu vyrovná podél statického pole. Tento relaxace čas se měří. Ve fMRI se využívá okolností odlišné magnetizace deoxyhemoglobinu a oxyhemoglobinu. To má za následek odlišné hodnoty pro obě formy kvůli vlivu kyslík. Jelikož se však poměr oxyhemoglobinu k deoxyhemoglobinu během fyziologických procesů v mozku neustále mění, jsou prováděny sériové záznamy jako součást fMRI, která zaznamenává změny v každém časovém okamžiku. Takže v časovém okně několika sekund lze neuronální aktivitu vizualizovat s milimetrovou přesností. Experimentálně je umístění neuronové aktivity určováno měřením signálu magnetické rezonance ve dvou různých časových bodech. Nejprve se měření provádí v klidovém stavu a poté v excitovaném stavu. Poté je provedeno srovnání záznamů pomocí postupu statistického testu a jsou statisticky významné rozdíly prostorově přiřazeny. Pro experimentální účely může být stimul subjektu prezentován několikrát. To obvykle znamená, že se úkol často opakuje. Rozdíly ze srovnání dat ze stimulační fáze s výsledky měření ze zbytkové fáze jsou spočítány a následně zobrazeny. Pomocí tohoto postupu bylo možné určit, které oblasti mozku jsou aktivní během které činnosti. Dále bylo možné určit rozdíly určitých oblastí mozku v psychologických poruchách od zdravých mozků. Kromě základního výzkumu, který poskytuje důležitá zjištění pro diagnostiku psychologických poruch, se metoda používá také přímo v klinické praxi. Hlavní klinickou aplikací fMRI je lokalizace jazykově relevantních oblastí mozku při přípravě operací pro mozkové nádory. Cílem je zajistit, aby byla tato oblast během operace z velké části ušetřena. Další klinické aplikace funkčního zobrazování magnetickou rezonancí se týkají hodnocení pacientů s poruchami vědomí, jako např kóma, probuzení bezvědomí nebo MCS (stav minimálního vědomí).
Rizika, vedlejší účinky a nebezpečí
Navzdory velkému úspěchu funkčního zobrazování magnetickou rezonancí by tato metoda měla být také kriticky vnímána z hlediska jejího doba platnosti. Mohly by být stanoveny významné korelace mezi určitými činnostmi a aktivací odpovídajících oblastí mozku. Význam některých oblastí mozku pro psychologické poruchy se také stal jasnějším. Zde se však měří pouze změny kyslíkové náplně hemoglobinu. Protože tyto procesy lze lokalizovat do konkrétních oblastí mozku, předpokládá se, že tyto oblasti mozku jsou také aktivovány v důsledku neurovaskulární vazby. Mozek tedy nelze přímo pozorovat při myšlení. Je třeba poznamenat, že ke změně průtoku krve dochází až po době latence několik sekund po neuronální aktivitě. Proto je přímé mapování někdy obtížné. Výhodou fMRI ve srovnání s jinými neinvazivními neurologickými vyšetřovacími metodami je však mnohem lepší prostorová lokalizace aktivit. Časové rozlišení je však mnohem nižší. Nepřímé stanovení neuronálních aktivit měřením průtoku krve a okysličením hemoglobinu také vytváří určitou nejistotu. Předpokládá se tedy latence delší než čtyři sekundy. Otázkou je, zda lze u kratších podnětů předpokládat spolehlivé neuronální aktivity. Stále však existují i technická omezení pro použití funkčního zobrazování magnetickou rezonancí, částečně založená na skutečnosti, že TUČNĚ účinek není způsoben pouze krví plavidla ale také buněčnou tkání sousedící s cévami.
