Funktsionaalne magnetresonantstomograafia (fMRI) on magnetresonantstomograafia, mida kasutatakse keha füsioloogiliste muutuste pildistamiseks. See põhineb tuuma magnetresonantsi füüsikalistel põhimõtetel. Kitsamas tähenduses kasutatakse terminit seoses aktiveeritud uurimisega aju valdkondades.
Mis on funktsionaalne magnetresonantstomograafia?
Klassikaline MRI kuvab vastavate elundite ja kudede staatilisi pilte, samas kui fMRI reprodutseerib aktiivsuse muutusi aju konkreetsete tegevuste sooritamise ajal kolmemõõtmeliste piltide kaudu. Põhineb magnetresonantstomograafia (MRI), füüsik Kenneth Kwong töötas välja funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) aktiivsuse muutuste kuvamiseks erinevates aju piirkondades. See meetod meetmed muutused ajus veri neurovaskulaarse sidestuse kaudu seotud aktiivsuse muutustega vastavas ajupiirkonnas. See meetod kasutab ära mõõdetud erineva keemilise keskkonna eeliseid vesinik tuumad hemoglobiin of hapnik- ammendunud ja hapnikuga varustatud veri. Hapnikuga hemoglobiin (oksühemoglobiin) on diamagneetiline, samas hapnik-vabal hemoglobiinil (deoksühemoglobiinil) on paramagnetilised omadused. Erinevused magnetilistes omadustes veri on tuntud ka kui JULGE efekt (vere hapnikuga varustatuse tasemest sõltuv toime). Aju funktsionaalsed protsessid registreeritakse ristlõikepildisarjadena. Nii saab uuritavatele tehtavate konkreetsete ülesannete abil uurida aktiivsuse muutusi üksikutes ajupiirkondades. Seda meetodit kasutatakse algselt alusuuringute eesmärgil, et võrrelda tervete kontrollisikute aktiivsusmustreid psüühikahäiretega inimeste ajutegevusega. Kuid laiemas tähenduses on mõiste funktsionaalne magnetresonantstomograafia sisaldab endiselt kinemaatilist magnetresonantstomograafiat, mis kirjeldab erinevate elundite liikuvat kujutamist.
Funktsioon, mõju ja eesmärgid
Funktsionaalne magnetresonantstomograafia on magnetresonantstomograafia (MRI) edasiarendus. Klassikaline MRI kuvab vastavate elundite ja kudede staatilisi pilte, fMRI aga peegeldab aju aktiivsuse muutusi kolmemõõtmeliste piltide kaudu konkreetsete tegevuste sooritamisel. Seega saab selle mitteinvasiivse meetodi abil aju jälgida erinevates olukordades. Nagu klassikalise MRI puhul, põhineb mõõtmise füüsiline alus esialgu tuuma magnetresonantsil. Siin on prootonite keerutused hemoglobiin on joondatud pikisuunas, rakendades staatilist magnetvälja. Sellele magnetiseerumissuunale ristisuunas rakendatav kõrgsageduslik vahelduvväli tagab magnetiseerimise põiksuunalise läbipainde staatilisele väljale, kuni saavutatakse resonants (lamori sagedus). Kui kõrgsagedusväli on välja lülitatud, kulub energia hajumisel teatud aeg, kuni magnetiseerimine joondub uuesti staatilise välja suunas. Seda lõõgastus aega mõõdetakse. FMRI-s kasutatakse ära deoksühemoglobiini ja oksühemoglobiini erineva magnetiseerimise asjaolusid. Selle tulemuseks on kahe vormi erinev lugemine hapnik. Kuna aga aju füsioloogiliste protsesside käigus muutub oksühemoglobiini ja deoksühemoglobiini suhe pidevalt, viiakse fMRI osana läbi seeriasalvestused, mis registreerivad muutused igal ajahetkel. Seega saab mõnesekundilise ajaakna jooksul neuronite aktiivsust millimeetri täpsusega visualiseerida. Eksperimentaalselt määratakse neuronite aktiivsuse asukoht magnetresonantssignaali mõõtmisega kahel erineval ajahetkel. Esiteks tehakse mõõtmine puhkeolekus ja seejärel ergastatud olekus. Seejärel viiakse salvestiste võrdlus läbi statistilise testimise protseduuris ja statistiliselt olulised erinevused määratakse ruumiliselt. Eksperimentaalsetel eesmärkidel võib ärritust subjektile esitada mitu korda. See tähendab tavaliselt, et ülesannet korratakse sageli. Arvutatakse erinevused stiimulifaasi andmete võrdlemisel ülejäänud faasi mõõtmistulemustega ja kuvatakse seejärel piltlikult. Selle protseduuri abil oli võimalik kindlaks teha, millised ajupiirkonnad millise tegevuse ajal on aktiivsed. Lisaks sellele oli võimalik kindlaks teha psühholoogiliste häirete teatud ajupiirkondade erinevused tervete ajudega. Lisaks alusuuringutele, mis pakuvad olulisi järeldusi psühholoogiliste häirete diagnoosimiseks, kasutatakse meetodit ka otseselt kliinilises praktikas. FMRI peamine kliiniline rakendus on keelega seotud ajupiirkondade lokaliseerimine operatsioonide ettevalmistamisel ajukasvajad. Eesmärk on tagada, et operatsiooni ajal seda piirkonda säästetakse. Funktsionaalse magnetresonantstomograafia muud kliinilised rakendused on seotud teadvushäiretega patsientide hindamisega, näiteks kooma, ärkveloleku kooma või MCS (minimaalselt teadvustatud seisund).
Riskid, kõrvaltoimed ja ohud
Hoolimata funktsionaalse magnetresonantstomograafia suurest edust, tuleks seda meetodit vaadata ka kriitiliselt kehtivus. Teatud tegevuste ja vastavate ajupiirkondade aktiveerimise vahel võis olla oluline seos. Teatud ajupiirkondade tähendus psühholoogiliste häirete osas on samuti selgemaks saanud. Kuid siin mõõdetakse ainult muutusi hemoglobiini hapniku koormuses. Kuna neid protsesse saab lokaliseerida konkreetsetes ajupiirkondades, eeldatakse, et ka need ajupiirkonnad on neurovaskulaarse sidestuse tõttu aktiveeritud. Nii ei saa aju mõtlemisel otseselt jälgida. Tuleb märkida, et verevoolu muutus toimub alles pärast mitme sekundi pikkust latentsusperioodi pärast neuronite aktiivsust. Seetõttu on otsene kaardistamine mõnikord raskendatud. Kuid fMRI eelis võrreldes teiste mitteinvasiivsete neuroloogiliste uurimismeetoditega on tegevuste palju parem ruumiline lokaliseerimine. Ajaline eraldusvõime on siiski palju väiksem. Neuronite aktiivsuse kaudne määramine verevoolu mõõtmise ja hemoglobiini hapnikuga määramise kaudu tekitab samuti teatud ebakindlust. Seega eeldatakse latentsust üle nelja sekundi. Kas lühemate stiimulite korral võib eeldada usaldusväärset neuronaalset aktiivsust, tuleb veel uurida. Funktsionaalse magnetresonantstomograafia rakendamisel on siiski ka tehnilisi piiranguid, mis põhinevad osaliselt asjaolul, et JULGE mõju ei tooda mitte ainult veri laevad aga ka anumate külgneva rakulise koe abil.
