Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Neuroscience

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 
Click here for the English version

fMRI: הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית

Overview

הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) היא טכניקה לא פולשנית של דימות מוחי המשמשת לחקר תפקוד המוח האנושי וקוגניציה אצל אנשים בריאים ואוכלוסיות עם מצבי מוח חריגים. MRI פונקציונלי משתמש באות תהודה מגנטית כדי לזהות שינויים בזרימת הדם המצמידים להפעלה עצבית בעת ביצוע משימה ספציפית. זה אפשרי כי המוגלובין בתוך הדם יש תכונות מגנטיות שונות תלוי אם הוא קשור לחמצן או לא. כאשר משימה מסוימת מבוצעת, יש זרם של דם מחומצן לאזורי המוח האחראים על תפקוד זה, ואז זרם זה ניתן לזהות עם פרמטרים ספציפיים סריקת MRI. תופעה זו מכונה אפקט ependent רמת החמצן בדם (BOLD), וניתן להשתמש בה כדי ליצור מפות של פעילות המוח.

וידאו זה מתחיל בסקירה קצרה של אופן קבלת אות MRI ו- fMRI. לאחר מכן, נבדק עיצוב ניסיוני בסיסי, אשר כרוך תחילה בהגדרת מצגת גירוי שתוכננה במיוחד כדי לבדוק את הפונקציה שתמופה. לאחר מכן, מוצגים שלבי מפתח המעורבים בביצוע סריקת ה- fMRI, כולל בטיחות הנושא והגדרתם בסורק. לאחר מכן מוצגים שלבים נפוצים לעיבוד נתונים, כולל עיבוד מקדים וניתוח סטטיסטי עם המודל הליניארי הכללי. לבסוף, כמה יישומים ספציפיים של fMRI נבדקים, כגון חקירות על תפקוד חריג בהפרעות פסיכולוגיות, ושילוב fMRI עם שיטות הדמיה חינם, כגון הדמיית טנזור דיפוזיה (DTI).

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter