פוּנקצִיוֹנָלִי הדמיה בתהודה מגנטית (fMRI) היא טכניקת הדמיית תהודה מגנטית המשמשת לתמונת שינויים פיזיולוגיים בגוף. הוא מבוסס על העקרונות הפיזיקליים של תהודה מגנטית גרעינית. במובן צר יותר, המונח משמש בקשר לבחינת המופעלים מוֹחַ אזורי
מהי הדמיה תהודה מגנטית פונקציונלית?
MRI קלאסי מציג תמונות סטטיות של איברים ורקמות תואמות, בעוד ש- fMRI משחזר שינויים בפעילות במערכת מוֹחַ באמצעות תמונות תלת מימד במהלך ביצוע פעילויות ספציפיות. מבוסס על הדמיה בתהודה מגנטית (MRI), הפיזיקאי קנת 'קונג פיתח הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI) לצורך שינויים בהדמיה בפעילות בשונה מוֹחַ אזורים. השיטה הזאת אמצעים שינויים במוח דם זרימה הקשורים לשינויים בפעילות באזורי המוח המתאימים באמצעות צימוד נוירו-וסקולרי. שיטה זו מנצלת את הסביבה הכימית השונה של המדדים הידרוגנציה גרעינים ב המוגלובין of חמצן-דלדול ומחומצן דם. מחומצן המוגלובין (oxyhemoglobin) הוא diamagnetic, בעוד חמצן-ההמוגלובין ללא (deoxyhemoglobin) יש תכונות פרמגנטיות. ההבדלים בתכונות המגנטיות של דם ידועים גם בשם BOLD השפעה (השפעה תלויה ברמת החמצון בדם). התהליכים התפקודיים במוח מתועדים בצורה של סדרת תמונות חתך רוחב. באופן זה ניתן לחקור את שינויי הפעילות באזורי המוח הבודדים באמצעות משימות ספציפיות שמבוצעות על נבדקי הבדיקה. שיטה זו משמשת בתחילה למחקר בסיסי לשם השוואת דפוסי פעילות אצל נבדקי בקרה בריאים עם פעילויות המוח של אנשים עם הפרעות נפשיות. עם זאת, במובן רחב יותר, המונח פונקציונלי הדמיה בתהודה מגנטית עדיין כולל הדמיית תהודה מגנטית קינמטית, המתארת את הייצוג הנע של איברים שונים.
פונקציה, אפקט ומטרות
הדמיה תהודה מגנטית פונקציונלית היא התפתחות נוספת של הדמיה תהודה מגנטית (MRI). MRI קלאסי מציג תמונות סטטיות של איברים ורקמות תואמות, בעוד ש- fMRI משקף שינויים בפעילות במוח באמצעות תמונות תלת מימד במהלך ביצוע פעילויות ספציפיות. כך, בעזרת שיטה לא פולשנית זו, ניתן לצפות במוח במצבים שונים. כמו ב- MRI קלאסי, הבסיס הפיזי של המדידה מבוסס בתחילה על תהודה מגנטית גרעינית. הנה, הסיבובים של הפרוטונים של המוגלובין מיושרים לאורך באמצעות יישום שדה מגנטי סטטי. שדה מתחלף בתדירות גבוהה המופעל לרוחב על כיוון מגנטיזציה זה מבטיח סטיה רוחבית של המגנטיזציה לשדה הסטטי עד להשגת תהודה (תדר למור). אם השדה בתדירות גבוהה כבוי, לוקח זמן מסוים בפיזור אנרגיה עד שהמגנטציה תיישר שוב לאורך השדה הסטטי. זֶה הַרפָּיָה הזמן נמדד. ב- fMRI מנוצל הנסיבות של מגנטיזציה שונה של דאוקסמיהמוגלובין ואוקסיהמוגלובין. התוצאה היא קריאות שונות עבור שתי הצורות עקב ההשפעה של חמצן. עם זאת, מכיוון שהיחס בין אוקסיה המוגלובין לדאוקסיה המוגלובין משתנה כל הזמן במהלך תהליכים פיזיולוגיים במוח, ההקלטות הסדרתיות מבוצעות כחלק מ- fMRI, אשר רושם את השינויים בכל נקודת זמן. לפיכך, בתוך חלון זמן של כמה שניות, ניתן לדמיין פעילות עצבית בדיוק מילימטר. באופן ניסיוני, מיקום הפעילות העצבית נקבע על ידי מדידות של אות התהודה המגנטית בשתי נקודות זמן שונות. ראשית, המדידה נעשית במצב מנוחה ואז במצב נרגש. לאחר מכן, השוואת ההקלטות מתבצעת בהליך בדיקה סטטיסטי וההבדלים המשמעותיים סטטיסטית מוקצים במרחב. למטרות ניסוי, ניתן להציג את הגירוי לנושא מספר פעמים. זה בדרך כלל אומר שמשימה חוזרת על עצמה לעיתים קרובות. ההבדלים מההשוואה בין הנתונים משלב הגירוי לתוצאות המדידה משלב המנוחה מחושבים ומוצגים באופן ציורי. בהליך זה ניתן היה לקבוע אילו אזורים במוח פעילים במהלך פעילות זו. יתר על כן ניתן היה לקבוע את ההבדלים בין אזורי מוח מסוימים בהפרעות פסיכולוגיות למוח בריא. בנוסף למחקר בסיסי, המספק ממצאים חשובים לאבחון הפרעות פסיכולוגיות, משתמשים בשיטה גם ישירות בתרגול הקליני. היישום הקליני העיקרי של fMRI הוא לוקליזציה של אזורי מוח רלוונטיים לשפה בהכנת פעולות לקראת גידולי מוח. המטרה היא להבטיח שאזור זה ייחסך במידה רבה במהלך הניתוח. יישומים קליניים אחרים של הדמיית תהודה מגנטית תפקודית נוגעים להערכה של חולים עם הפרעות תודעה, כגון תרדמת, תרדמת ערה, או MCS (מצב בהכרה מינימלית).
סיכונים, תופעות לוואי וסכנות
למרות ההצלחה הגדולה של הדמיה תהודה מגנטית פונקציונלית, יש לראות ביקורתית בשיטה זו גם במונחים שלה תוֹקֶף. ניתן לקבוע מתאם משמעותי בין פעילויות מסוימות להפעלת אזורי מוח תואמים. המשמעות של אזורי מוח מסוימים עבור הפרעות פסיכולוגיות התבררה גם כן. עם זאת, רק שינויים בעומס החמצן של המוגלובין נמדדים כאן. מכיוון שניתן למקם תהליכים אלה לאזורי מוח ספציפיים, ההנחה היא שאזורי מוח אלה מופעלים גם עקב צימוד נוירו-וסקולרי. לכן, לא ניתן לצפות במוח באופן ישיר בחשיבה. יש לציין כי השינוי בזרימת הדם מתרחש רק לאחר תקופת חביון של מספר שניות לאחר פעילות עצבית. לכן, מיפוי ישיר מקשה לפעמים. עם זאת, יתרון ל- fMRI בהשוואה לשיטות בדיקה נוירולוגיות לא פולשניות אחרות הוא לוקליזציה מרחבית הרבה יותר טובה של הפעילויות. עם זאת, הרזולוציה הזמנית נמוכה בהרבה. קביעה עקיפה של פעילויות עצביות על ידי מדידות זרימת הדם וחמצוני המוגלובין מייצרת גם אי ודאות מסוימת. לפיכך, יש להניח חביון של יותר מארבע שניות. האם ניתן להניח אם ניתן להניח שפעילות עצבית אמינה בגירויים קצרים יותר. עם זאת, יש עדיין מגבלות טכניות ליישום הדמיה תהודה מגנטית פונקציונלית, המבוססת בין השאר על העובדה כי BOLD ההשפעה מופקת לא רק על ידי דם כלי אלא גם על ידי רקמה תאית הסמוכה לכלי.
