Imagistica prin rezonanta magnetica functionala

imagistica prin rezonanta magnetica functionala (fMRI) este o metodă de tomografie prin rezonanță magnetică pentru reprezentarea vizuală a modificărilor fiziologice în organism. Se bazează pe principiile fizice ale rezonanței magnetice nucleare. În sensul mai restrâns, termenul este utilizat în legătură cu examinarea zonelor activate ale creierului.

Ce este imagistica prin rezonanță magnetică funcțională?

Pe baza tomografiei prin rezonanță magnetică (MRT), fizicianul Kenneth Kwong a dezvoltat o tomografie funcțională prin rezonanță magnetică (RMN) pentru reprezentarea vizuală a modificărilor activității în diferitele zone ale creierului. Această metodă măsoară modificările fluxului sanguin cerebral care sunt legate de modificările activității în zonele corespunzătoare ale creierului prin cuplarea neurovasculară.

Această metodă utilizează mediul chimic diferit al nucleelor ​​de hidrogen măsurate în hemoglobina sângelui sărac în oxigen și bogat în oxigen. Hemoglobina oxigenată (oxihemoglobina) este diamagnetică, în timp ce hemoglobina fără oxigen (deoxiemoglobină) are proprietăți paramagnetice. Diferențele dintre proprietățile magnetice ale sângelui sunt cunoscute și sub denumirea de efect BOLD (efect dependent de nivelul de oxigenare a sângelui). Procesele funcționale din creier sunt înregistrate sub forma unei serii de imagini secționale.

În acest fel, schimbările de activitate în zonele individuale ale creierului pot fi examinate prin sarcini specifice pe subiectul testului. Această metodă este folosită inițial pentru cercetarea de bază pentru a compara modelele de activitate la persoanele de control sănătos cu activitățile cerebrale ale persoanelor cu tulburări mentale. În sens mai larg, totuși, termenul tomografie prin rezonanță magnetică funcțională include și tomografia cu rezonanță magnetică cinematică, care descrie reprezentarea în mișcare a diferitelor organe.

Funcția, efectul și obiectivele

Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională este o dezvoltare suplimentară a imagisticii prin rezonanță magnetică (MRT). Cu RMN-ul clasic, sunt afișate imagini statice ale organelor și țesuturilor corespunzătoare, în timp ce fMRI arată schimbări ale activității în creier prin imagini tridimensionale atunci când se desfășoară anumite activități.

Cu ajutorul acestei proceduri neinvazive, creierul poate fi observat în diferite situații. Ca și în cazul RMN-ului clasic, baza fizică a măsurătorilor se bazează inițial pe rezonanța magnetică nucleară. Prin aplicarea unui câmp magnetic static, rotirile protonilor hemoglobinei sunt aliniate longitudinal. Un câmp alternativ de înaltă frecvență aplicat transversal pe această direcție de magnetizare asigură devierea transversală a magnetizării către câmpul static până la rezonanță (frecvența Lamor). Dacă câmpul de înaltă frecvență este oprit, durează un anumit timp în timp ce eliberează energie până când magnetizarea se realignează de-a lungul câmpului static.

Acest timp de relaxare este măsurat. În fMRI, este exploatat diferit faptul că dezoxihemoglobina și oxihemoglobina sunt magnetizate. Rezultă diferite valori măsurate pentru ambele forme, care pot fi atribuite influenței oxigenului. Cu toate acestea, întrucât raportul dintre oxihemoglobină și deoximoglobină se schimbă constant în timpul proceselor fiziologice din creier, înregistrările seriale sunt efectuate ca parte a RMN, care înregistrează schimbările în orice moment. În acest fel, activitățile celulelor nervoase pot fi afișate cu precizie milimetrică într-o fereastră de timp de câteva secunde. Locația activității neuronale este determinată experimental prin măsurarea semnalului de rezonanță magnetică în două puncte diferite în timp.

Mai întâi, măsurarea are loc în stare de repaus și apoi în stare excitată. Apoi, comparația înregistrărilor este realizată într-o procedură de testare statistică și diferențele semnificative statistic sunt atribuite spațial. În scopuri experimentale, stimulul poate fi prezentat testului de mai multe ori. Acest lucru înseamnă de obicei că o sarcină se repetă de mai multe ori. Diferențele față de compararea datelor din faza de stimulare cu rezultatele măsurătorilor din faza de repaus sunt calculate și apoi reprezentate grafic. Cu această procedură a fost posibil să se determine ce zone ale creierului sunt active în care activitate. În plus, ar putea fi determinate diferențele dintre anumite zone ale creierului în bolile psihologice și creierul sănătos.

În plus față de cercetările de bază, care oferă informații importante asupra diagnosticului bolilor psihologice, metoda este utilizată direct în practica clinică. Principalul domeniu clinic de aplicare a RMN este localizarea zonelor relevante ale limbajului creierului atunci când se pregătesc operații pentru tumorile cerebrale. Acest lucru se asigură că această zonă este scutită în mare măsură în timpul operațiunii. Alte domenii clinice de aplicare a imagisticii cu rezonanță magnetică funcțională se referă la evaluarea pacienților cu conștiință afectată, cum ar fi coma, starea vegetativă sau MCS (stare minimă de conștiință).

Riscuri, efecte secundare și pericole

În ciuda succesului mare al tomografiei cu rezonanță magnetică funcțională, această metodă trebuie, de asemenea, privită critic din punct de vedere al informației sale. A fost posibil să se determine conexiunile esențiale între anumite activități și activarea zonelor cerebrale corespunzătoare. Importanța anumitor zone ale creierului pentru bolile psihologice a devenit, de asemenea, mai clară.

Cu toate acestea, numai modificările concentrației de oxigen a hemoglobinei sunt măsurate aici. Deoarece aceste procese pot fi localizate în anumite zone ale creierului, se presupune că aceste zone ale creierului sunt activate și datorită cuplării neurovasculare. Deci creierul nu poate fi observat direct în timp ce gândești. Trebuie menționat că modificarea fluxului sanguin are loc numai după o perioadă de latență de câteva secunde după activitatea neurală. Prin urmare, o atribuire directă este uneori dificilă. Avantajul fMRI față de alte metode de examinare neurologică neinvazivă este localizarea spațială mult mai bună a activităților.

Totuși, rezoluția temporală este mult mai mică. Determinarea indirectă a activităților neuronale prin măsurători ale fluxului de sânge și oxigenarea hemoglobinei creează, de asemenea, o anumită incertitudine. Se presupune o perioadă de latență de peste patru secunde. Rămâne de investigat dacă activitățile neuronale fiabile pot fi asumate cu stimuli mai scurti. Cu toate acestea, există și limite de aplicare tehnică a tomografiei cu rezonanță magnetică funcțională, care se bazează, printre altele, pe faptul că efectul BOLD nu este generat doar de vasele de sânge, ci și de țesutul celular adiacent vaselor.