דימות תהודה מגנטית פונקציונאלית

ה דימות תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI) היא שיטה לטומוגרפיה של תהודה מגנטית לייצוג חזותי של שינויים פיזיולוגיים בגוף. זה מבוסס על העקרונות הפיזיים של תהודה מגנטית גרעינית. במובן הצר יותר משתמשים במושג בקשר לבדיקת אזורים מוחיים המופעלים.

מהו הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית?

על בסיס טומוגרפיה של תהודה מגנטית (MRT), פיתח הפיזיקאי קנת קווונג טומוגרפיה של תהודה מגנטית פונקציונאלית (fMRI) כדי להמחיש שינויים בפעילות באזורי המוח השונים. שיטה זו מודדת שינויים בזרימת הדם המוחית הקשורים לשינויים בפעילות באזורים המקבילים במוח דרך הצימוד העצבי.

שיטה זו משתמשת בסביבה הכימית השונה של גרעיני המימן הנמדדים בהמוגלובין של דם חסר חמצן ועשיר בחמצן. המוגלובין מחומצן (אוקסיהמוגלובין) הוא diamagnetic, ואילו המוגלובין ללא חמצן (deoxyhemoglobin) הוא בעל תכונות פרמגנטיות. ההבדלים בתכונות המגנטיות של הדם ידועים גם כאפקט BOLD (אפקט תלוי ברמת חמצן בדם). התהליכים התפקודיים במוח נרשמים בצורה של סדרה של תמונות חתך.

באופן זה ניתן לבחון את השינויים בפעילות באזורי המוח האישיים באמצעות משימות ספציפיות בנושא הבדיקה. שיטה זו משמשת בתחילה למחקר בסיסי לשם השוואה בין דפוסי פעילות אצל אנשים עם בקרה בריאה לבין פעילות המוח של אנשים עם הפרעות נפשיות. במובן רחב יותר, המונח טומוגרפיה של תהודה מגנטית פונקציונלית כולל גם טומוגרפיה של תהודה מגנטית קינמטטית, המתארת ​​את הייצוג המרגש של איברים שונים.

פונקציה, אפקט ומטרות

הדמיית תהודה מגנטית פונקציונאלית היא פיתוח נוסף של הדמיית תהודה מגנטית (MRT). עם MRI קלאסי, מוצגות תמונות סטטיות של האיברים והרקמות המתאימות, בעוד fMRI מראה את השינויים בפעילות במוח באמצעות תמונות תלת ממדיות כאשר מבצעים פעילויות מסוימות.

בעזרת הליך לא פולשני זה ניתן לצפות במוח במצבים שונים. כמו ב- MRI הקלאסי, הבסיס הפיזי של המדידה מבוסס בתחילה על תהודה מגנטית גרעינית. על ידי יישום שדה מגנטי סטטי, הספינים של הפרוטונים של המוגלובין מיושרים לאורך. שדה מתחלף בתדר גבוה המופעל לרוחב בכיוון זה של מגנטציה מבטיח את הסטה רוחבי של המגנטיזציה לשדה הסטטי עד לתהודה (תדר למור). אם הכיבוי של השדה בתדר הגבוה, הוא לוקח זמן מסוים תוך שחרור אנרגיה עד שהמגנטציה מתיישרת מחדש לאורך השדה הסטטי.

זמן הרפיה זה נמדד. ב- fMRI מנוצלת העובדה ש deoxyhemoglobin ו- oxyhemoglobin ממוגנטים בצורה שונה. זה מביא לערכים מדודים שונים לשתי הצורות, שניתן לייחס להשפעת החמצן. עם זאת, מכיוון שהיחס בין אוקסימוגלובין לדאוקסיהמוגלובין משתנה ללא הרף במהלך התהליכים הפיזיולוגיים במוח, הקלטות סדרתיות מבוצעות כחלק מ- fMRI, המתעד את השינויים בכל עת. בדרך זו ניתן להציג פעילויות תאי עצב בדיוק של מילימטר בחלון זמן של מספר שניות. מיקום הפעילות העצבית נקבע באופן ניסיוני על ידי מדידת אות התהודה המגנטית בשתי נקודות זמן שונות.

ראשית, המדידה מתבצעת במצב מנוחה ואז במצב נרגש. ואז השוואת ההקלטות מתבצעת בהליך בדיקה סטטיסטי וההבדלים המשמעותיים הסטטיסטיים מוקצים במרחב. למטרות ניסוי, ניתן להציג את הגירוי לאדם המבחן מספר פעמים. פירוש הדבר בדרך כלל שמשימה חוזרת פעמים רבות. ההבדלים מההשוואה בין הנתונים משלב הגירוי לתוצאות המדידה משלב המנוחה מחושבים ואז מיוצגים בצורה גרפית. בעזרת הליך זה ניתן היה לקבוע אילו אזורים במוח פעילים באיזו פעילות. בנוסף, ניתן היה לקבוע את ההבדלים בין אזורים מוחיים מסוימים במחלות פסיכולוגיות לבין מוח בריא.

בנוסף למחקר בסיסי, המספק תובנות חשובות באבחון מחלות פסיכולוגיות, משתמשים בשיטה ישירות גם בפרקטיקה קלינית. התחום הקליני העיקרי ליישום fMRI הוא לוקליזציה של אזורים רלוונטיים בשפה במוח בעת הכנת פעולות לגידולי מוח. זאת בכדי להבטיח כי שטח זה נחסך ברובו במהלך הפעולה. תחומים קליניים אחרים ליישום הדמיית תהודה מגנטית תפקודית נוגעים להערכת מטופלים עם תודעה לקויה, כגון תרדמת, מצב וגטטיבי או MCS (מצב תודעה מינימלי).

סיכונים, תופעות לוואי וסכנות

למרות ההצלחה הגדולה של טומוגרפיה של תהודה מגנטית פונקציונלית, יש להתייחס לשיטה זו באופן ביקורתי גם מבחינת הערך האינפורמטיבי שלה. ניתן היה לקבוע קשרים חיוניים בין פעילויות מסוימות להפעלת אזורי המוח המקבילים. חשיבותם של אזורים מסוימים במוח למחלות פסיכולוגיות התבהרה גם היא.

עם זאת, נמדדים כאן רק השינויים בריכוז החמצן של המוגלובין. מכיוון שניתן לתמקם תהליכים אלה לאזורים מסוימים במוח, ההנחה היא כי אזורים אלו במוח מופעלים גם בגלל הצימוד הנוירווסקולרי. כך שלא ניתן לצפות במוח ישירות בזמן החשיבה. יש לציין כי השינוי בזרימת הדם מתרחש רק לאחר תקופת השהיה של מספר שניות לאחר הפעילות העצבית. לכן הקצאה ישירה לעיתים קשה. היתרון של fMRI על פני שיטות בדיקה נוירולוגיות אחרות שאינן פולשניות הוא לוקליזציה מרחבית טובה בהרבה של הפעילויות.

עם זאת, הרזולוציה הזמנית נמוכה בהרבה. קביעה עקיפה של פעילויות העצבים באמצעות מדידות זרימת דם וחמצון המוגלובין יוצרת גם אי וודאות מסוימת. ההנחה היא שתקופת חביון של יותר מארבע שניות. נותר לחקור האם ניתן להניח פעילויות עצביות אמינות בעזרת גירויים קצרים יותר. עם זאת, ישנם גם מגבלות יישום טכניות של טומוגרפיה של תהודה מגנטית פונקציונאלית, המתבססות, בין היתר, על כך שאפקט ה- BOLD לא נוצר רק על ידי כלי הדם, אלא גם על ידי רקמת התא הסמוכה לכלי.