Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme veya fMRI, insan beyninin işlevini ve bilişini araştırmak için yaygın olarak kullanılan bir nörogörüntüleme yöntemidir. fMRI, hem normal beyin fonksiyonlarını hem de anormal veya hastalıklı beyin durumlarını araştırmak için kullanılabilir.
Bu yöntem, nöronal aktivasyona bağlı kan akışındaki değişiklikleri tespit ederek beyin aktivitesinin haritalarını oluşturmak için güçlü mıknatıslardan yararlanır. Bu görüntüleme tekniği mükemmel uzamsal ve iyi zamansal çözünürlüğe sahiptir ve enjeksiyon gerektirmediğinden veya deneklerin iyonlaştırıcı radyasyona maruz bırakılmasını içermediğinden invaziv değildir.
Bu video, fMRI sinyalinin nasıl elde edildiğini, temel deney tasarımını, fMRI edinimini ve temel veri işlemeyi kapsayacaktır.
İlk olarak, manyetik rezonans görüntülemenin nasıl çalıştığına bir göz atalım. Esasen, MRI makineleri veya "tarayıcılar", resimler oluşturmak için vücuttaki dokunun manyetik özelliklerini kullanan, tipik olarak 1.5 - 3 tesla (T) olan çok güçlü elektromıknatıslardır.
Bir hasta veya çalışma katılımcısı tarayıcının dışında olduğunda, dokudaki su moleküllerine ait hidrojen çekirdekleri düzensiz bir şekilde döner. Bir manyetik alan uygulandığında, daha düzenli hale gelirler. Manyetik alan içindeki özne salınımlı radyo frekansı darbelerine maruz kaldığında, dönen çekirdeklerin açısı durumdan duruma geçer ve bir görüntü üretmek için tarayıcı tarafından okunan bir sinyal verir.
Fonksiyonel MRG mümkündür çünkü kanımızdaki hemoglobin, oksijene bağlı olup olmamasına bağlı olarak farklı manyetik özelliklere sahiptir. Oksijeni kesildiğinde, "paramanyetik"tir, yani çevre dokudan elde edilen manyetik rezonans sinyalini azaltan bir alan homojenliğine veya yerel manyetik alanda hafif bir bozulmaya neden olur.
Bu fenomenden yararlanarak, beyin aktivasyonu, kan akışının nöronal aktivasyona nasıl tepki verdiğine bağlı olarak ölçülebilir. Nöronlar ateşlendiğinde, artan metabolizmaları oksijenli kan akışına neden olur ve bu da bölgedeki oksijensiz hemoglobin miktarında bir azalmaya neden olur.
Bu, homojenliğin azalması nedeniyle aktif nöronları çevreleyen alanda daha fazla sinyalle sonuçlanır ve Kan Oksijenli Seviyeye Bağlı veya BOLD sinyali olarak adlandırılır.
Hemodinamik yanıt fonksiyonu olarak adlandırılan MRI sinyalinin grafiği, nöronal aktivasyondan sonra artan bir bölgedeki sinyal yoğunluğu ile bu şekilde görünür.
Tarayıcı, kan oksijenasyonuna duyarlı bir görüntü dizisi kullanılarak bu fenomeni görüntüleyecek şekilde ayarlanabilir. BOLD efektinin zamanlamasını yakalamak için tüm beyin hacminin birkaç saniyede bir görüntülenmesi gerekir.
Tüm bilimsel deneyler gibi, fMRI içeren deneyler de bir hipotez kurarak başlar. Daha sonra, ilgilenilen beyin işlevini test etmek için bir uyaran sunum modeli veya paradigması tasarlanmalıdır. Tasarımlar, uzun süreli uyaranlara maruz kalma süreleri içeren temel bir blok paradigmasından, uyaranların kısa bir süre sunulduğu ve deneme boyunca aralıklı olarak sunulduğu daha karmaşık bir olayla ilgili tasarıma kadar değişebilir.
Deneysel tasarım için çalışacak uygun tarama parametrelerinin de BOLD sinyaline duyarlı bir MRI dizisi kullanılarak seçilmesi gerekir.
İnsan denekler üzerinde herhangi bir deney yapmadan önce, bir etik veya kurumsal inceleme kurulundan onay alınması gerekir. Daha sonra uygun çalışma katılımcıları işe alınabilir.
Taramadan önce, denekler önce MRG güvenliği açısından taranmalı ve kardiyak kalp pili yapma cihazının varlığı gibi MRG karşı endikasyonları olan tüm katılımcılar dışlanmalıdır. Yazılı ve bilgilendirilmiş onam da alınmalı ve tüm metal eşyalar deneğin vücudundan çıkarılmalıdır.
Daha sonra, deneyin doğası ve işlevsel görev yönergeleri gözden geçirilmelidir, çünkü denek performansı sağlam sonuçlar için kritik öneme sahiptir.
Tarayıcı odasında, hareketi azaltmak için kafa bobinini başın etrafına dolgulu olarak yerleştirmeden önce işitme koruması sağlanmalıdır. Uyaran sunum ekipmanının da kurulması gerekir. Gözlük veya projektör sistemleri genellikle görsel sunum için kullanılır, ancak başka tür uyaran dağıtım ekipmanı da mevcuttur.
Konu rahat olduğunda, tarayıcı yatağı mıknatıs deliğine gönderilir. Ardından, fonksiyonel taramalara yeniden kaydolmak için yüksek çözünürlüklü bir anatomik tarama da dahil olmak üzere görüntüleme dizileri ayarlanır.
Konuya görev talimatları hatırlatılmalı ve işlevsel edinim, görev paradigmasının başlangıcı ile senkronize edilmelidir. Doğru BOLD ölçümleri için görev zamanlamasının görüntü alma zamanlamasıyla eşleştirilmesi gerektiğinden bu çok önemlidir.
Konu, tarama sırasında izlenmeli ve gerekirse ek işlevsel çalıştırmalar gerçekleştirilmelidir. Son olarak, deneğin tarayıcıdan ve tarayıcı yatağından çıkmasına yardım edilir.
Kullanılan özel görüntü işleme yöntemi ve yazılım paketi, deneye bağlı olarak değişecektir. Bu videoda, yaygın BOLD görev tabanlı işleme yöntemlerini gözden geçireceğiz.
İlk olarak, fMR verileri, görüntü artefaktlarını kaldırmak ve istatistiksel analize hazırlamak için önceden işlenmelidir. Bu, dilim zamanı düzeltmesi ve hareket düzeltmesinin yanı sıra anatomik görüntüye ortak kaydı içerir.
Grup çalışmaları için, standart bir şablon alanına normalleştirme de sıklıkla gerçekleştirilir, böylece beyin alanları ve uzamsal koordinatlar denekler arasında karşılaştırılabilir.
Veriler hazırlandıktan sonra, test edilen uyaran veya bilişsel işlevle ilişkili önemli MR sinyaline sahip bölgeleri bulmak için istatistiksel analiz yapılır. Genel doğrusal model genellikle görev tabanlı deneyleri analiz etmek için kullanılır. Bu model, beklenen hemodinamik yanıt fonksiyonuna uyan bir BOLD sinyalinin elde edildiğini varsayar ve bu fonksiyonu uyaran tasarımıyla birleştirir.
Son olarak, tipik olarak istatistiksel bir parametrik harita olarak görüntülenen sonuçları, görüntünün 3B pikseller olarak kabul edilebilecek "vokseller" adı verilen istatistiksel olarak anlamlı birimlerini belirtmek için renk kodlu bir ölçek kullanılarak istatistiksel bir parametrik harita olarak görüntülenen istatistiksel bir eşik seçilir. İhtiyaç duyulduğunda daha fazla analiz yapılabilir.
Bir fMRI deneyinin nasıl tasarlandığını, çalıştırıldığını ve analiz edildiğini tanıttığımıza göre, şimdi bu yöntemin bazı özel uygulamalarına bakalım. fMRI, motor, görsel ve dil işleme gibi 'normal' insan beyni işlevini ve bilişini anlamak için kullanılır. Bunlar görünüşte temel işlevler olsa da, bunlar ve diğer birçok bilişsel süreç hakkında öğrenilecek çok şey var.
Ek olarak, fMRI, hastalıklı beyin durumlarında ve psikolojik bozukluklarda beyin fonksiyonlarını araştırmak için kullanılabilir. Anksiyete bozuklukları, travma sonrası stres bozukluğu, otizm ve bunama gibi birçok aktif araştırma alanı vardır.
fMRI, difüzyon tensör görüntüleme, elektroensefalografi veya 'EEG' ve hatta transkraniyal manyetik stimülasyon veya 'TMS' gibi beyin fonksiyonlarını daha fazla araştırmak için diğer MR teknikleri veya diğer görüntüleme türleriyle de birleştirilebilir.
Bağımsız bileşen analizi ve çapraz korelasyon analizi gibi fonksiyonel bağlantıyı araştırmak için kullanılabilecek dinlenme durumu fMRI analiz teknikleri de vardır.
Az önce JoVE'nin fonksiyonel MRG ile ilgili videosunu izlediniz. Bu videoda fMRI sinyalinin nasıl elde edildiği, temel fMRI çalışma tasarımı, fMRI edinimi, BOLD fMR veri işleme ve uygulamaları ele alınmıştır.
fMRI'nin, insan beyni işlevinin ve bilişinin birçok yönünü araştırmak için kullanılabilecek sağlam ve invaziv olmayan bir görüntüleme tekniği olduğunu öğrendik.
İzlediğiniz için teşekkürler, deneylerinizde iyi şanslar ve MRG güvenliğinin her zaman önce geldiğini unutmayın!
Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), hem sağlıklı bireylerde hem de anormal beyin durumlarına sahip popülasyonlarda insan beyin fonksiyon…
Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme veya fMRI, insan beyninin işlevini ve bilişini araştırmak için yaygın olarak kullanılan bir nörogörüntüleme yöntemidir. fMRI, hem normal beyin fonksiyonlarını hem de anormal veya hastalıklı beyin durumlarını araştırmak için kullanılabilir.
Bu yöntem, nöronal aktivasyona bağlı kan akışındaki değişiklikleri tespit ederek beyin aktivitesinin haritalarını oluşturmak için güçlü mıknatıslardan yararlanır. Bu görüntüleme tekniği mükemmel uzamsal ve iyi zamansal çözünürlüğe sahiptir ve enjeksiyon gerektirmediğinden veya deneklerin iyonlaştırıcı radyasyona maruz bırakılmasını içermediğinden invaziv değildir.
Bu video, fMRI sinyalinin nasıl elde edildiğini, temel deney tasarımını, fMRI edinimini ve temel veri işlemeyi kapsayacaktır.
İlk olarak, manyetik rezonans görüntülemenin nasıl çalıştığına bir göz atalım. Esasen, MRI makineleri veya "tarayıcılar", resimler oluşturmak için vücuttaki dokunun manyetik özelliklerini kullanan, tipik olarak 1.5 - 3 tesla (T) olan çok güçlü elektromıknatıslardır.
Bir hasta veya çalışma katılımcısı tarayıcının dışında olduğunda, dokudaki su moleküllerine ait hidrojen çekirdekleri düzensiz bir şekilde döner. Bir manyetik alan uygulandığında, daha düzenli hale gelirler. Manyetik alan içindeki özne salınımlı radyo frekansı darbelerine maruz kaldığında, dönen çekirdeklerin açısı durumdan duruma geçer ve bir görüntü üretmek için tarayıcı tarafından okunan bir sinyal verir.
Fonksiyonel MRG mümkündür çünkü kanımızdaki hemoglobin, oksijene bağlı olup olmamasına bağlı olarak farklı manyetik özelliklere sahiptir. Oksijeni kesildiğinde, "paramanyetik"tir, yani çevre dokudan elde edilen manyetik rezonans sinyalini azaltan bir alan homojenliğine veya yerel manyetik alanda hafif bir bozulmaya neden olur.
Bu fenomenden yararlanarak, beyin aktivasyonu, kan akışının nöronal aktivasyona nasıl tepki verdiğine bağlı olarak ölçülebilir. Nöronlar ateşlendiğinde, artan metabolizmaları oksijenli kan akışına neden olur ve bu da bölgedeki oksijensiz hemoglobin miktarında bir azalmaya neden olur.
Bu, homojenliğin azalması nedeniyle aktif nöronları çevreleyen alanda daha fazla sinyalle sonuçlanır ve Kan Oksijenli Seviyeye Bağlı veya BOLD sinyali olarak adlandırılır.
Hemodinamik yanıt fonksiyonu olarak adlandırılan MRI sinyalinin grafiği, nöronal aktivasyondan sonra artan bir bölgedeki sinyal yoğunluğu ile bu şekilde görünür.
Tarayıcı, kan oksijenasyonuna duyarlı bir görüntü dizisi kullanılarak bu fenomeni görüntüleyecek şekilde ayarlanabilir. BOLD efektinin zamanlamasını yakalamak için tüm beyin hacminin birkaç saniyede bir görüntülenmesi gerekir.
Tüm bilimsel deneyler gibi, fMRI içeren deneyler de bir hipotez kurarak başlar. Daha sonra, ilgilenilen beyin işlevini test etmek için bir uyaran sunum modeli veya paradigması tasarlanmalıdır. Tasarımlar, uzun süreli uyaranlara maruz kalma süreleri içeren temel bir blok paradigmasından, uyaranların kısa bir süre sunulduğu ve deneme boyunca aralıklı olarak sunulduğu daha karmaşık bir olayla ilgili tasarıma kadar değişebilir.
Deneysel tasarım için çalışacak uygun tarama parametrelerinin de BOLD sinyaline duyarlı bir MRI dizisi kullanılarak seçilmesi gerekir.
İnsan denekler üzerinde herhangi bir deney yapmadan önce, bir etik veya kurumsal inceleme kurulundan onay alınması gerekir. Daha sonra uygun çalışma katılımcıları işe alınabilir.
Taramadan önce, denekler önce MRG güvenliği açısından taranmalı ve kardiyak kalp pili yapma cihazının varlığı gibi MRG karşı endikasyonları olan tüm katılımcılar dışlanmalıdır. Yazılı ve bilgilendirilmiş onam da alınmalı ve tüm metal eşyalar deneğin vücudundan çıkarılmalıdır.
Daha sonra, deneyin doğası ve işlevsel görev yönergeleri gözden geçirilmelidir, çünkü denek performansı sağlam sonuçlar için kritik öneme sahiptir.
Tarayıcı odasında, hareketi azaltmak için kafa bobinini başın etrafına dolgulu olarak yerleştirmeden önce işitme koruması sağlanmalıdır. Uyaran sunum ekipmanının da kurulması gerekir. Gözlük veya projektör sistemleri genellikle görsel sunum için kullanılır, ancak başka tür uyaran dağıtım ekipmanı da mevcuttur.
Konu rahat olduğunda, tarayıcı yatağı mıknatıs deliğine gönderilir. Ardından, fonksiyonel taramalara yeniden kaydolmak için yüksek çözünürlüklü bir anatomik tarama da dahil olmak üzere görüntüleme dizileri ayarlanır.
Konuya görev talimatları hatırlatılmalı ve işlevsel edinim, görev paradigmasının başlangıcı ile senkronize edilmelidir. Doğru BOLD ölçümleri için görev zamanlamasının görüntü alma zamanlamasıyla eşleştirilmesi gerektiğinden bu çok önemlidir.
Konu, tarama sırasında izlenmeli ve gerekirse ek işlevsel çalıştırmalar gerçekleştirilmelidir. Son olarak, deneğin tarayıcıdan ve tarayıcı yatağından çıkmasına yardım edilir.
Kullanılan özel görüntü işleme yöntemi ve yazılım paketi, deneye bağlı olarak değişecektir. Bu videoda, yaygın BOLD görev tabanlı işleme yöntemlerini gözden geçireceğiz.
İlk olarak, fMR verileri, görüntü artefaktlarını kaldırmak ve istatistiksel analize hazırlamak için önceden işlenmelidir. Bu, dilim zamanı düzeltmesi ve hareket düzeltmesinin yanı sıra anatomik görüntüye ortak kaydı içerir.
Grup çalışmaları için, standart bir şablon alanına normalleştirme de sıklıkla gerçekleştirilir, böylece beyin alanları ve uzamsal koordinatlar denekler arasında karşılaştırılabilir.
Veriler hazırlandıktan sonra, test edilen uyaran veya bilişsel işlevle ilişkili önemli MR sinyaline sahip bölgeleri bulmak için istatistiksel analiz yapılır. Genel doğrusal model genellikle görev tabanlı deneyleri analiz etmek için kullanılır. Bu model, beklenen hemodinamik yanıt fonksiyonuna uyan bir BOLD sinyalinin elde edildiğini varsayar ve bu fonksiyonu uyaran tasarımıyla birleştirir.
Son olarak, tipik olarak istatistiksel bir parametrik harita olarak görüntülenen sonuçları, görüntünün 3B pikseller olarak kabul edilebilecek "vokseller" adı verilen istatistiksel olarak anlamlı birimlerini belirtmek için renk kodlu bir ölçek kullanılarak istatistiksel bir parametrik harita olarak görüntülenen istatistiksel bir eşik seçilir. İhtiyaç duyulduğunda daha fazla analiz yapılabilir.
Bir fMRI deneyinin nasıl tasarlandığını, çalıştırıldığını ve analiz edildiğini tanıttığımıza göre, şimdi bu yöntemin bazı özel uygulamalarına bakalım. fMRI, motor, görsel ve dil işleme gibi 'normal' insan beyni işlevini ve bilişini anlamak için kullanılır. Bunlar görünüşte temel işlevler olsa da, bunlar ve diğer birçok bilişsel süreç hakkında öğrenilecek çok şey var.
Ek olarak, fMRI, hastalıklı beyin durumlarında ve psikolojik bozukluklarda beyin fonksiyonlarını araştırmak için kullanılabilir. Anksiyete bozuklukları, travma sonrası stres bozukluğu, otizm ve bunama gibi birçok aktif araştırma alanı vardır.
fMRI, difüzyon tensör görüntüleme, elektroensefalografi veya 'EEG' ve hatta transkraniyal manyetik stimülasyon veya 'TMS' gibi beyin fonksiyonlarını daha fazla araştırmak için diğer MR teknikleri veya diğer görüntüleme türleriyle de birleştirilebilir.
Bağımsız bileşen analizi ve çapraz korelasyon analizi gibi fonksiyonel bağlantıyı araştırmak için kullanılabilecek dinlenme durumu fMRI analiz teknikleri de vardır.
Az önce JoVE'nin fonksiyonel MRG ile ilgili videosunu izlediniz. Bu videoda fMRI sinyalinin nasıl elde edildiği, temel fMRI çalışma tasarımı, fMRI edinimi, BOLD fMR veri işleme ve uygulamaları ele alınmıştır.
fMRI'nin, insan beyni işlevinin ve bilişinin birçok yönünü araştırmak için kullanılabilecek sağlam ve invaziv olmayan bir görüntüleme tekniği olduğunu öğrendik.
İzlediğiniz için teşekkürler, deneylerinizde iyi şanslar ve MRG güvenliğinin her zaman önce geldiğini unutmayın!
Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme veya fMRI, insan beyninin işlevini ve bilişini araştırmak için yaygın olarak kullanılan bir nörogörüntüleme yöntemidir. fMRI, hem normal beyin fonksiyonlarını hem de anormal veya hastalıklı beyin durumlarını araştırmak için kullanılabilir.
Bu yöntem, nöronal aktivasyona bağlı kan akışındaki değişiklikleri tespit ederek beyin aktivitesinin haritalarını oluşturmak için güçlü mıknatıslardan yararlanır. Bu görüntüleme tekniği mükemmel uzamsal ve iyi zamansal çözünürlüğe sahiptir ve enjeksiyon gerektirmediğinden veya deneklerin iyonlaştırıcı radyasyona maruz bırakılmasını içermediğinden invaziv değildir.
Bu video, fMRI sinyalinin nasıl elde edildiğini, temel deney tasarımını, fMRI edinimini ve temel veri işlemeyi kapsayacaktır.
İlk olarak, manyetik rezonans görüntülemenin nasıl çalıştığına bir göz atalım. Esasen, MRI makineleri veya "tarayıcılar", resimler oluşturmak için vücuttaki dokunun manyetik özelliklerini kullanan, tipik olarak 1.5 - 3 tesla (T) olan çok güçlü elektromıknatıslardır.
Bir hasta veya çalışma katılımcısı tarayıcının dışında olduğunda, dokudaki su moleküllerine ait hidrojen çekirdekleri düzensiz bir şekilde döner. Bir manyetik alan uygulandığında, daha düzenli hale gelirler. Manyetik alan içindeki özne salınımlı radyo frekansı darbelerine maruz kaldığında, dönen çekirdeklerin açısı durumdan duruma geçer ve bir görüntü üretmek için tarayıcı tarafından okunan bir sinyal verir.
Fonksiyonel MRG mümkündür çünkü kanımızdaki hemoglobin, oksijene bağlı olup olmamasına bağlı olarak farklı manyetik özelliklere sahiptir. Oksijeni kesildiğinde, "paramanyetik"tir, yani çevre dokudan elde edilen manyetik rezonans sinyalini azaltan bir alan homojenliğine veya yerel manyetik alanda hafif bir bozulmaya neden olur.
Bu fenomenden yararlanarak, beyin aktivasyonu, kan akışının nöronal aktivasyona nasıl tepki verdiğine bağlı olarak ölçülebilir. Nöronlar ateşlendiğinde, artan metabolizmaları oksijenli kan akışına neden olur ve bu da bölgedeki oksijensiz hemoglobin miktarında bir azalmaya neden olur.
Bu, homojenliğin azalması nedeniyle aktif nöronları çevreleyen alanda daha fazla sinyalle sonuçlanır ve Kan Oksijenli Seviyeye Bağlı veya BOLD sinyali olarak adlandırılır.
Hemodinamik yanıt fonksiyonu olarak adlandırılan MRI sinyalinin grafiği, nöronal aktivasyondan sonra artan bir bölgedeki sinyal yoğunluğu ile bu şekilde görünür.
Tarayıcı, kan oksijenasyonuna duyarlı bir görüntü dizisi kullanılarak bu fenomeni görüntüleyecek şekilde ayarlanabilir. BOLD efektinin zamanlamasını yakalamak için tüm beyin hacminin birkaç saniyede bir görüntülenmesi gerekir.
Tüm bilimsel deneyler gibi, fMRI içeren deneyler de bir hipotez kurarak başlar. Daha sonra, ilgilenilen beyin işlevini test etmek için bir uyaran sunum modeli veya paradigması tasarlanmalıdır. Tasarımlar, uzun süreli uyaranlara maruz kalma süreleri içeren temel bir blok paradigmasından, uyaranların kısa bir süre sunulduğu ve deneme boyunca aralıklı olarak sunulduğu daha karmaşık bir olayla ilgili tasarıma kadar değişebilir.
Deneysel tasarım için çalışacak uygun tarama parametrelerinin de BOLD sinyaline duyarlı bir MRI dizisi kullanılarak seçilmesi gerekir.
İnsan denekler üzerinde herhangi bir deney yapmadan önce, bir etik veya kurumsal inceleme kurulundan onay alınması gerekir. Daha sonra uygun çalışma katılımcıları işe alınabilir.
Taramadan önce, denekler önce MRG güvenliği açısından taranmalı ve kardiyak kalp pili yapma cihazının varlığı gibi MRG karşı endikasyonları olan tüm katılımcılar dışlanmalıdır. Yazılı ve bilgilendirilmiş onam da alınmalı ve tüm metal eşyalar deneğin vücudundan çıkarılmalıdır.
Daha sonra, deneyin doğası ve işlevsel görev yönergeleri gözden geçirilmelidir, çünkü denek performansı sağlam sonuçlar için kritik öneme sahiptir.
Tarayıcı odasında, hareketi azaltmak için kafa bobinini başın etrafına dolgulu olarak yerleştirmeden önce işitme koruması sağlanmalıdır. Uyaran sunum ekipmanının da kurulması gerekir. Gözlük veya projektör sistemleri genellikle görsel sunum için kullanılır, ancak başka tür uyaran dağıtım ekipmanı da mevcuttur.
Konu rahat olduğunda, tarayıcı yatağı mıknatıs deliğine gönderilir. Ardından, fonksiyonel taramalara yeniden kaydolmak için yüksek çözünürlüklü bir anatomik tarama da dahil olmak üzere görüntüleme dizileri ayarlanır.
Konuya görev talimatları hatırlatılmalı ve işlevsel edinim, görev paradigmasının başlangıcı ile senkronize edilmelidir. Doğru BOLD ölçümleri için görev zamanlamasının görüntü alma zamanlamasıyla eşleştirilmesi gerektiğinden bu çok önemlidir.
Konu, tarama sırasında izlenmeli ve gerekirse ek işlevsel çalıştırmalar gerçekleştirilmelidir. Son olarak, deneğin tarayıcıdan ve tarayıcı yatağından çıkmasına yardım edilir.
Kullanılan özel görüntü işleme yöntemi ve yazılım paketi, deneye bağlı olarak değişecektir. Bu videoda, yaygın BOLD görev tabanlı işleme yöntemlerini gözden geçireceğiz.
İlk olarak, fMR verileri, görüntü artefaktlarını kaldırmak ve istatistiksel analize hazırlamak için önceden işlenmelidir. Bu, dilim zamanı düzeltmesi ve hareket düzeltmesinin yanı sıra anatomik görüntüye ortak kaydı içerir.
Grup çalışmaları için, standart bir şablon alanına normalleştirme de sıklıkla gerçekleştirilir, böylece beyin alanları ve uzamsal koordinatlar denekler arasında karşılaştırılabilir.
Veriler hazırlandıktan sonra, test edilen uyaran veya bilişsel işlevle ilişkili önemli MR sinyaline sahip bölgeleri bulmak için istatistiksel analiz yapılır. Genel doğrusal model genellikle görev tabanlı deneyleri analiz etmek için kullanılır. Bu model, beklenen hemodinamik yanıt fonksiyonuna uyan bir BOLD sinyalinin elde edildiğini varsayar ve bu fonksiyonu uyaran tasarımıyla birleştirir.
Son olarak, tipik olarak istatistiksel bir parametrik harita olarak görüntülenen sonuçları, görüntünün 3B pikseller olarak kabul edilebilecek "vokseller" adı verilen istatistiksel olarak anlamlı birimlerini belirtmek için renk kodlu bir ölçek kullanılarak istatistiksel bir parametrik harita olarak görüntülenen istatistiksel bir eşik seçilir. İhtiyaç duyulduğunda daha fazla analiz yapılabilir.
Bir fMRI deneyinin nasıl tasarlandığını, çalıştırıldığını ve analiz edildiğini tanıttığımıza göre, şimdi bu yöntemin bazı özel uygulamalarına bakalım. fMRI, motor, görsel ve dil işleme gibi 'normal' insan beyni işlevini ve bilişini anlamak için kullanılır. Bunlar görünüşte temel işlevler olsa da, bunlar ve diğer birçok bilişsel süreç hakkında öğrenilecek çok şey var.
Ek olarak, fMRI, hastalıklı beyin durumlarında ve psikolojik bozukluklarda beyin fonksiyonlarını araştırmak için kullanılabilir. Anksiyete bozuklukları, travma sonrası stres bozukluğu, otizm ve bunama gibi birçok aktif araştırma alanı vardır.
fMRI, difüzyon tensör görüntüleme, elektroensefalografi veya 'EEG' ve hatta transkraniyal manyetik stimülasyon veya 'TMS' gibi beyin fonksiyonlarını daha fazla araştırmak için diğer MR teknikleri veya diğer görüntüleme türleriyle de birleştirilebilir.
Bağımsız bileşen analizi ve çapraz korelasyon analizi gibi fonksiyonel bağlantıyı araştırmak için kullanılabilecek dinlenme durumu fMRI analiz teknikleri de vardır.
Az önce JoVE'nin fonksiyonel MRG ile ilgili videosunu izlediniz. Bu videoda fMRI sinyalinin nasıl elde edildiği, temel fMRI çalışma tasarımı, fMRI edinimi, BOLD fMR veri işleme ve uygulamaları ele alınmıştır.
fMRI'nin, insan beyni işlevinin ve bilişinin birçok yönünü araştırmak için kullanılabilecek sağlam ve invaziv olmayan bir görüntüleme tekniği olduğunu öğrendik.
İzlediğiniz için teşekkürler, deneylerinizde iyi şanslar ve MRG güvenliğinin her zaman önce geldiğini unutmayın!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: How does fMRI detect brain activity?
fMRI detects brain activity by measuring changes in blood oxygenation. When neurons fire, increased metabolism triggers an influx of oxygenated blood to active regions. Deoxygenated hemoglobin is paramagnetic and disrupts the local magnetic field, while oxygenated hemoglobin does not. This difference in magnetic properties creates the Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) signal, which scanners detect to map brain activity.
Q2: What is the BOLD signal in fMRI?
The BOLD signal, or Blood Oxygen Level Dependent signal, measures changes in blood oxygenation coupled to neuronal activation. When neurons become active, oxygenated blood flows to that region, decreasing deoxygenated hemoglobin concentration. This reduces magnetic field inhomogeneity, increasing the MRI signal detected from surrounding tissue. The hemodynamic response function plots this signal intensity increase over time following neuronal activation.
Q3: What are the main steps in designing an fMRI experiment?
fMRI experiments begin with establishing a hypothesis about brain function. A stimulus presentation paradigm is then designed, ranging from block designs with extended stimulus periods to event-related designs with brief, spaced stimuli. Appropriate MRI scan parameters sensitive to BOLD signal must be selected. Ethics board approval is required before recruiting participants, who must undergo MRI safety screening and provide informed consent.
Q4: Why is subject safety critical during fMRI scanning?
Subject safety is critical because fMRI uses strong magnetic fields (1.5-3 tesla) that can interact with metallic implants. Participants must be screened for MRI contraindications, such as cardiac pacemakers, and all metallic items must be removed. Hearing protection is provided due to scanner noise. Proper head positioning with padding reduces motion artifacts. These precautions ensure participant safety and data quality throughout the scan.
Q5: What preprocessing steps prepare fMRI data for analysis?
fMRI data preprocessing removes artifacts and prepares data for statistical analysis through several steps. Slice time correction accounts for timing differences between image slices. Motion correction removes head movement artifacts. Co-registration aligns functional scans to high-resolution anatomical images. For group studies, normalization to standard template space allows comparison of brain areas and spatial coordinates across subjects, enabling robust statistical analysis.
Q6: How does the general linear model analyze task-based fMRI data?
The general linear model is the standard statistical approach for task-based fMRI analysis. It assumes the observed BOLD signal matches the expected hemodynamic response function and convolves this function with the stimulus design. Statistical analysis then identifies brain regions with significant MRI signal correlated with the stimulus or cognitive function tested. Results are displayed as statistical parametric maps using color-coded voxels to show statistically significant regions.
Q7: What are the main clinical and research applications of fMRI?
fMRI investigates normal brain function in motor, visual, and language processing, advancing understanding of cognitive processes. It also maps abnormal brain states in psychological disorders including anxiety, posttraumatic stress disorder, autism, and dementia. fMRI can be combined with complementary techniques like diffusion tensor imaging or electroencephalography for deeper investigation. Resting state fMRI analysis using independent component analysis reveals functional connectivity patterns.
Chapters in this video
0:00
Overview
1:04
The Functional MRI Signal: The BOLD Response
3:16
Designing and Running an fMRI Experiment
5:47
Functional MRI Processing
7:17
Applications
8:36
Summary
Videos from this collection: