fMRI: הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית

הדמיית תהודה מגנטית תפקודית, או fMRI, היא כיום שיטה נפוצה לדימות מוחי לחקירת תפקוד המוח האנושי וקוגניציה. fMRI יכול לשמש כדי לחקור הן תפקוד המוח נורמלי מצבים מוחיים חריגים או חולים.

שיטה זו עושה שימוש במגנטים חזקים כדי ליצור מפות של פעילות המוח על ידי זיהוי שינויים בזרימת הדם המצמידים להפעלה עצבית. טכניקת הדמיה זו יש רזולוציה מרחבית מעולה וטמפורלית טובה, והוא לא פולשני, שכן הוא אינו דורש זריקות או כרוך בחשיפת נושאים לקרינה מייננת.

וידאו זה יכסה את האופן שבו אות fMRI מתקבל, עיצוב ניסיוני בסיסי, רכישת fMRI, כמו גם עיבוד נתונים בסיסי.

ראשית, בואו נסתכל על איך הדמיית תהודה מגנטית עובדת. בעיקרו של דבר, מכונות MRI, או "סורקים" הם אלקטרומגנטים חזקים מאוד, בדרך כלל 1.5 - 3 טסלה (T), המשתמשים בתכונות המגנטיות של הרקמה בגוף כדי ליצור תמונות.

כאשר מטופל או משתתף במחקר נמצא מחוץ לסורק, גרעיני המימן השייכים למולקולות מים ברקמות מסתובבים בצורה פרועה. כאשר שדה מגנטי מוחל, הם הופכים מסודרים יותר. כאשר הנושא בתוך השדה המגנטי נחשף לפולסים מתנדנדים של תדר רדיו, זווית גרעיני הסיבוב עוברת ממצב למצב ומעבירה אות שנקרא על ידי הסורק כדי לייצר תמונה.

MRI פונקציונלי אפשרי כי המוגלובין בתוך הדם שלנו יש תכונות מגנטיות שונות תלוי אם הוא קשור לחמצן. כאשר הוא נטול חמצן, הוא "פרמגנטי", כלומר הוא גורם לאי-הומוגניות שדה, או להפרעה קלה בשדה המגנטי המקומי, שמפחית את אות התהודה המגנטית המתקבל מהרקמה שמסביב.

תוך ניצול תופעה זו, ניתן למדוד את הפעלת המוח בהתבסס על האופן שבו זרימת הדם מגיבה להפעלה עצבית. כאשר נוירונים יורים, חילוף החומרים המוגבר שלהם גורם לזרם של דם מחומצן, וכתוצאה מכך ירידה בכמות המוגלובין deoxygenated באזור.

התוצאה היא יותר אות באזור המקיף את הנוירונים הפעילים עקב ירידה inhomogeneity, והוא מכונה דם חמצון רמה תלוי, או BOLD, אות.

העלילה של אות ה-MRI, הנקראת פונקציית התגובה המודינמית, נראית כך, כאשר עוצמת האות באזור גדלה לאחר הפעלה עצבית.

ניתן להגדיר את הסורק לתמונה עבור תופעה זו באמצעות רצף תמונה רגיש חמצון דם. יש לדמיין את כל נפח המוח כל כמה שניות, כדי ללכוד את התזמון של אפקט BOLD.

כמו כל הניסויים המדעיים, אלה המעורבים fMRI להתחיל על ידי הקמת השערה. לאחר מכן, תבנית הצגת גירוי, או פרדיגמה, צריך להיות מתוכנן כדי לבדוק את תפקוד המוח של עניין. עיצובים יכולים לנוע בין פרדיגמת בלוק בסיסית, המכילה תקופות ממושכות של חשיפה לגירוי, לעיצוב מורכב יותר הקשור לאירועים, שבו גירויים מוצגים בקצרה ומרווחים במהלך הניסוי.

יש לבחור גם פרמטרי סריקה מתאימים שיתאימו לעיצוב הניסיוני, באמצעות רצף MRI הרגיש לאות BOLD.

לפני הפעלת כל ניסוי בנושאים אנושיים, נדרש אישור מוועדת אתיקה או בדיקה מוסדית. לאחר מכן, ניתן לגייס משתתפי מחקר מתאימים.

לפני הסריקה, הנבדקים חייבים להיות מוקרנים תחילה לבטיחות MRI, וכל המשתתפים עם אינדיקציות נגד MRI, כמו נוכחות של מכשיר קצב לב, חייבים להיות מודרים. יש לקבל גם הסכמה בכתב וביודעין, ויש להסיר את כל הפריטים המתכתיים מגופו של הנבדק.

לאחר מכן, יש לסקור את אופי הניסוי ואת כיווני המשימה התפקודיים, שכן ביצועי הנושא הם קריטיים לתוצאות חזקות.

בחדר הסורק, יש לספק הגנה על שמיעה לפני הנחת סליל הראש עם ריפוד סביב הראש כדי להפחית את התנועה. יש גם להגדיר את ציוד מצגת הגירוי. מערכות משקפי מגן או מקרן משמשות לעתים קרובות למצגת חזותית, אך קיימים סוגים אחרים של ציוד להעברת גירויים.

ברגע שהנושא נוח, מיטת הסורק נשלחת לתוך המגנט משעמם. לאחר מכן, רצפי ההדמיה מוגדרים, כולל סריקה אנטומית ברזולוציה גבוהה כדי להירשם מחדש לסריקות הפונקציונליות.

יש להזכיר לנושא את הוראות המשימה, ויש לסנכרן את הרכישה הפונקציונלית עם תחילת פרדיגמת המשימה. הדבר קריטי, מכיוון שיש להתאים את תזמון הפעילות לתזמון רכישת התמונות למדידות BOLD מדויקות.

יש לעקוב אחר הנושא במהלך הסריקה, וריצות פונקציונליות נוספות המבוצעות במידת הצורך. לבסוף, הנושא הוא עזר מתוך הסורק ומחוץ למיטת הסורק.

שיטת עיבוד התמונה וחבילת התוכנה הספציפית בה נעשה שימוש ישתנו בהתאם לניסוי. בסרטון וידאו זה, נעבור על שיטות עיבוד מבוססות משימות BOLD נפוצות.

ראשית, יש לעבד מראש נתוני fMR כדי להסיר ממצאי תמונה ולהכין אותם לניתוח סטטיסטי. זה כרוך תיקון זמן פרוסה ותיקון תנועה, כמו גם רישום משותף לתמונה האנטומית.

עבור מחקרים קבוצתיים, נורמליזציה למרחב תבנית סטנדרטי מבוצעת לעתים קרובות גם כן, כך שניתן להשוות את אזורי המוח ואת הקואורדינטות המרחביות בין נושאים.

לאחר שהנתונים מוכנים, מבוצע ניתוח סטטיסטי כדי לאתר אזורים עם אות MR משמעותי בקורלציה עם הגירוי או התפקוד הקוגניטיבי שנבדק. המודל הליניארי הכללי משמש בדרך כלל לניתוח ניסויים מבוססי משימות. מודל זה מניח שהושג אות BOLD התואם את פונקציית התגובה המודינמית הצפויה, וסובב פונקציה זו עם עיצוב הגירוי.

לבסוף, נבחר סף סטטיסטי כדי לסקור תוצאות, המוצגות בדרך כלל כמפה פרמטרית סטטיסטית, תוך שימוש בקנה מידה מקודד בצבע כדי לציין יחידות משמעותיות סטטיסטית של התמונה הנקראת "voxels", אשר יכול להיחשב פיקסלים 3D. ניתוח נוסף יכול להתבצע לפי הצורך.

כעת, לאחר שהצגנו כיצד ניסוי fMRI מתוכנן, רץ ונותח, בואו נסתכל על כמה יישומים ספציפיים של שיטה זו. fMRI משמש להבנת תפקוד המוח האנושי 'הנורמלי' וקוגניציה, כגון עיבוד מוטורי, חזותי ושפה, אם להזכיר כמה. למרות אלה הם פונקציות בסיסיות לכאורה, יש עדיין הרבה מה ללמוד על אלה ותהליכים קוגניטיביים רבים אחרים.

בנוסף, fMRI יכול לשמש כדי לחקור את תפקוד המוח במצבי מוח חולים והפרעות פסיכולוגיות. ישנם תחומי מחקר פעילים רבים כגון הפרעות חרדה, הפרעת דחק פוסט טראומטית, אוטיזם ודמנציה.

fMRI יכול גם להיות משולב עם טכניקות MR אחרות או סוגים אחרים של הדמיה כדי לחקור עוד יותר את תפקודי המוח, כגון הדמיית טנזור דיפוזיה, אלקטרואנצפלוגרפיה או 'EEG,' ואפילו גירוי מגנטי transcranial, או 'TMS'.

ישנן גם טכניקות ניתוח fMRI מצב מנוחה שניתן להשתמש בהם כדי לחקור קישוריות פונקציונלית, כגון ניתוח רכיבים עצמאיים וניתוח מתאם צולב.

הרגע צפית בסרטון של ג'וב על MRI פונקציונלי. וידאו זה כיסה את האופן שבו מתקבל אות fMRI, עיצוב בסיסי של מחקר fMRI, רכישת fMRI, עיבוד נתונים מודגש fMR ויישומים.

למדנו כי fMRI היא טכניקת הדמיה חזקה ולא פולשנית שניתן להשתמש בה כדי לחקור היבטים רבים של תפקוד המוח האנושי וקוגניציה.

תודה שצפיתם, בהצלחה עם הניסויים שלכם, וזכרו שבטיחות ה-MRI תמיד קודמת לכל!