Як працює функціональна магнітно-резонансна томографія

Магнітно-резонансна томографія (МРТ) дала лікарям можливість отримувати дуже хороші зображення структур мозку. Більш нова техніка, відома як функціональна МРТ, може піти ще далі, непрямим чином вимірюючи також активність мозку. Хоча більшу частину часу методика застосовується лише в наукових дослідженнях, вона стає все більш поширеною в клінічних умовах.

Ви, мабуть, колись стикались із зображеннями, створеними за допомогою функціональної МРТ. Вони показують мозок із кольоровими ділянками, що зображують ділянки мозку, пов’язані з деякими функціями, такими як мова чи рух. Ці дослідження дуже популярні: щомісяця публікуються сотні наукових статей, що використовують цю технологію, багато з яких також згадуються в неспеціалізованій пресі. Але як створюються ці зображення, і що вони насправді представляють?

Метью Сіммонс / Стрінгер / Гетті Імідж

Як працює функціональна МРТ

Функціональна МРТ використовує спеціальний сигнал, який називається контрастом, що залежить від рівня кисню в крові (BOLD). Кров, що тече через мозок, несе кисень на молекулах, які називаються гемоглобіном. Молекули гемоглобіну також несуть залізо і тому мають магнітний сигнал. Виявляється, молекули гемоглобіну мають інші магнітні властивості, коли вони прикріплені до кисню, ніж коли вони не несуть кисень, і цю невелику різницю можна виявити за допомогою апарату МРТ.

Коли область мозку активніша, вона спочатку витрачає багато кисню в крові. Незабаром після цього мозок розширює місцеві кровоносні судини, щоб відновити подачу кисню. Мозок може навіть робити цю роботу занадто добре, щоб в цю область потрапляло більше кисневої крові, ніж те, що було спочатку використано. МРТ-апарат може виявити різницю в сигналі, яка виникає внаслідок цього збільшення рівня кисню в крові.

Отже, функціональні дослідження МРТ насправді не розглядають безпосередньо нейрональну активність, а розглядають, як змінюється рівень кисню в крові, і співвідносять цю активність із стріляниною нервів. Дослідження показали, що це припущення, як правило, є правильним, хоча такі захворювання, як судинні вади розвитку, пухлини та навіть нормальне старіння, можуть змінити взаємозв'язок між нервовою активністю та місцевим кровотоком, що призводить до сигналу BOLD.

Як лікарі використовують функціональну МРТ

Оскільки це порівняно новіша технологія та оскільки інші методи можуть відповісти на подібні запитання, як це може зробити фМРТ, фМРТ зазвичай не використовується в клінічних та лікарняних умовах. Однак його можна використовувати для планування важливих операцій на мозку. Наприклад, якщо нейрохірург хоче видалити пухлину мозку, яка знаходиться поруч з мовними центрами мозку, вони можуть замовити дослідження фМРТ, яке допоможе точно показати, які ділянки мозку задіяні в мові. Це допомагає нейрохірургу уникнути пошкодження цих областей під час операції. Однак найпоширенішим використанням фМРТ є медичне дослідження.

Типи досліджень, проведених за допомогою фМРТ

Існує два основних способи використання фМРТ для візуалізації функції мозку. Один із методів зосереджений на пошуку конкретних ділянок мозку, які реагують на якесь завдання чи стимул. Наприклад, людині, яка перебуває в МРТ-сканері, у деяких точках може відображатися блимаюча шашка, а інколи - порожній екран. Їх можуть попросити натиснути кнопку, коли вони побачать миготливу шашку. Потім сигнал під час виконання завдання порівнюватиметься із сигналом, коли завдання не виконується, і результат буде своєрідною картиною того, які регіони мозку були задіяні, побачивши миготливу шашку, а потім натиснувши кнопку.

Інший спосіб використання fMRI - це оцінка нейронних мереж. Це передбачає з’ясування того, які ділянки мозку розмовляють між собою. Якщо одна область мозку зазвичай світиться одночасно з іншою, ці дві області мозку можуть бути пов’язані. Жодне завдання може навіть не знадобитися для проведення такого роду дослідження. З цієї причини ці дослідження іноді називають функціональною магнітно-резонансною томографією у стані спокою.

Інформація, яка надходить від функціональних досліджень МРТ, дуже складна і вимагає значного статистичного аналізу, щоб мати сенс. Спочатку це призвело до того, що багато людей не довіряли результатам функціональних досліджень МРТ, оскільки здавалося, що існує багато можливих можливостей для помилок в аналізі. Однак, як дослідники, так і рецензенти стали більш знайомими з новою технологією, результати стають і більш надійними, і надійними.

Що чекає майбутнє

Функціональні дослідження МРТ вже показали багато різних речей про мозок, крім підтвердження того, що ми вже знали про нервові шляхи та локалізацію. Незважаючи на те, що важко сказати, чи буде фМРТ коли-небудь широко застосовуватися в клінічних умовах, його популярність та ефективність як інструменту дослідження роблять важливим як для лікарів, так і для непрофесійних людей базове розуміння того, як цей інструмент працює.