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fMRI: 기능적 자기 공명 영상

Overview

기능성 자기 공명 화상 진찰 (fMRI)는 비정상적인 두뇌 상태를 가진 건강한 개별 및 인구 둘 다에 있는 인간 적인 두뇌 기능 그리고 인식을 조사하기 위하여 이용된 비침습적인 신경 화상 진찰 기술입니다. 기능성 MRI는 특정 작업이 수행될 때 신경 활성화에 결합되는 혈류의 변화를 감지하기 위해 자기 공명 신호를 활용합니다. 이것은 혈액 내의 헤모글로빈이 산소에 묶여 있는지 여부에 따라 다른 자기 특성을 가지고 있기 때문에 가능하다. 특정 작업이 수행될 때, 그 기능에 책임 있는 두뇌 지구에 산소혈액의 유입이 있고, 이 유입은 특정 MRI 스캔 매개변수로 검출될 수 있습니다. 이 현상은 혈액 산소 수준 ependent (BOLD) 효과 라고 하며 뇌 활동의 지도를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

이 비디오는 MRI 및 fMRI 신호를 얻는 방법에 대한 간략한 개요로 시작됩니다. 그런 다음 기본 실험 설계를 검토하여 먼저 매핑될 기능을 테스트하도록 특별히 설계된 자극 프레젠테이션을 설정하는 작업이 포함됩니다. 다음으로, fMRI 스캔 을 수행하는 데 관련된 주요 단계가 도입되고, 여기에는 피사체 안전 및 스캐너 설치 를 포함하되 이에 따라 그런 다음 일반 선형 모델의 사전 처리 및 통계 분석을 포함하여 데이터 처리에 일반적으로 사용되는 단계가 표시됩니다. 마지막으로, fMRI의 몇몇 특정 응용은 심리 무질서에 있는 이상한 기능에 대한 조사, 및 확산 텐서 화상 진찰 (DTI)와 같은 무료 화상 진찰 양식과 fMRI를 결합하는 것과 같은 검토됩니다.

Procedure

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기능성 자기 공명 영상, 또는 fMRI는, 지금 인간의 두뇌 기능 및 인식을 조사하기 위한 널리 이용된 신경 화상 진찰 방법입니다. fMRI는 정상적인 뇌 기능 과 비정상 또는 병든 뇌 상태를 조사하는 데 사용할 수 있습니다.

이 방법은 강한 자석을 사용하여 신경 활성화에 결합 된 혈류의 변화를 감지하여 뇌 활동지도를 만듭니다. 이 이미징 기술은 우수한 공간적 및 좋은 시간적 해상도를 가지고 있으며, 주사를 필요로하지 않거나 이온화 방사선에 피사체를 노출하는 것을 포함하지 않기 때문에 비침습적입니다.

이 비디오는 fMRI 신호를 얻는 방법, 기본 실험 설계, fMRI 수집 및 기본 데이터 처리를 다룹니다.

먼저 자기 공명 이미징이 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다. 본질적으로 MRI 기계 또는 "스캐너"는 매우 강한 전자석, 일반적으로 1.5 - 3 테슬라 (T)이며, 이는 사진을 만들기 위해 신체의 조직의 자기 특성을 사용합니다.

환자 또는 연구 참가자가 스캐너 외부에 있을 때, 조직에서 물 분자에 속하는 수소 핵은 무질서한 방식으로 회전합니다. 자기장이 적용되면 더 주문됩니다. 자기장 내의 피사체가 진동하는 무선 주파수 펄스에 노출되면, 회전 핵의 각도는 상태에서 주로 전환하고 이미지를 생성하기 위해 스캐너가 읽은 신호를 제공합니다.

기능성 MRI는 혈액 내의 헤모글로빈이 산소에 묶여 있는지 여부에 따라 서로 다른 자기 특성을 가지고 있기 때문에 가능합니다. 산소분해시, 주변 조직에서 얻은 자기 공명 신호를 감소시키는 필드 불동성 또는 국소 자기장에 약간의 혼란을 일으킨다는 것을 의미하는 "파라자성"입니다.

이 현상을 이용하, 두뇌 활성화는 혈류가 신경 활성화에 어떻게 반응하는지에 따라 측정될 수 있습니다. 뉴런이 발사되면 신진 대사가 증가하면 산소가 많은 혈액이 유입되어 이 지역에서 산소가 많은 헤모글로빈의 양이 감소합니다.

이 감소 된 불합질성 으로 인해 활성 뉴런을 둘러싼 영역에서 더 많은 신호를 초래하고, 혈액 산소 수준 의존, 또는 굵게, 신호라고합니다.

혈역학 반응 기능이라고 불리는 MRI 신호의 플롯은 뉴런 활성화 후 증가하는 영역의 신호 강도와 함께 다음과 같습니다.

스캐너는 혈액 산소화에 민감한 이미지 서열을 사용하여 이 현상에 대한 이미지로 설정할 수 있습니다. 전체 뇌 볼륨은 BOLD 효과의 타이밍을 캡처하기 위해 몇 초마다 이미지화해야합니다.

모든 과학적 실험처럼, fMRI와 관련된 사람들은 가설을 확립하는 것으로 시작합니다. 그런 다음 자극 프리젠 테이션 패턴 또는 패러다임은 관심있는 뇌 기능을 테스트하도록 설계되어야합니다. 디자인은 자극 노출의 연장된 기간을 포함하는 기본적인 블록 패러다임에서부터 자극을 짧게 제시하고 시험 과정을 통해 간격을 둔 보다 복잡한 이벤트 관련 설계에 이르기까지 다양할 수 있습니다.

BOLD 신호에 민감한 MRI 시퀀스를 사용하여 실험 설계에 적합한 스캔 매개 변수도 선택해야 합니다.

인간 과목에 대한 실험을 실행하기 전에 윤리 또는 기관 검토 위원회의 승인이 필요합니다. 그런 다음 적절한 연구 참가자를 모집 할 수 있습니다.

스캔 하기 전에, 피험자는 먼저 MRI 안전을 위해 검열되어야 하고, 심장 페이스 메이킹 장치의 존재와 같은 MRI 카운터 표시를 가진 참가자는 제외되어야 합니다. 서면 및 정보에 입각한 동의도 얻어야 하며 모든 금속 품목은 피사체의 몸에서 제거되어야 합니다.

다음으로, 피험자 성능이 강력한 결과에 매우 중요하기 때문에 실험의 특성과 기능 적 작업 방향을 검토해야 합니다.

스캐너 룸에서는 움직임을 줄이기 위해 머리 코일을 머리 주위에 패딩으로 놓기 전에 청력 보호 기능을 제공해야 합니다. 자극 프리젠 테이션 장비도 설정해야합니다. 고글 또는 프로젝터 시스템은 종종 시각적 프리젠 테이션에 사용되지만 다른 유형의 자극 전달 장비가 있습니다.

피사체가 편안해지면 스캐너 침대가 자석 보어로 전송됩니다. 그런 다음, 기능성 스캔에 다시 등록하는 고해상도 해부학 검사를 포함하여 이미징 서열이 설정됩니다.

과제는 작업 지침을 상기시켜야 하며 기능 적 습득은 작업 패러다임의 시작과 동기화되어야 합니다. 정확한 BOLD 측정을 위해 이미지 수집 타이밍과 작업 타이밍을 일치시켜야 하기 때문에 이는 매우 중요합니다.

검사 중에 피사체를 모니터링하고 필요한 경우 추가 기능 실행이 수행됩니다. 마지막으로 피사체는 스캐너에서 나와 스캐너 침대에서 벗어날 수 있습니다.

사용되는 특정 이미지 처리 방법 및 소프트웨어 패키지는 실험에 따라 다릅니다. 이 비디오에서는 일반적인 BOLD 작업 기반 처리 방법을 거야 합니다.

먼저 fMR 데이터를 미리 처리하여 이미지 아티팩트를 제거하고 통계 분석을 준비해야 합니다. 여기에는 슬라이스 시간 보정 및 모션 보정뿐만 아니라 해부학 적 이미지에 대한 공동 등록이 포함됩니다.

그룹 연구의 경우 표준 템플릿 공간으로의 정규화는 종종 수행되므로 뇌 영역과 공간 좌표를 과목 간에 비교할 수 있습니다.

데이터가 준비되면, 통계 분석은 시험된 자극 또는 인지 기능과 상관관계가 있는 중요한 MR 신호가 있는 지역을 찾아내는 능력을 발휘합니다. 일반적인 선형 모델은 일반적으로 작업 기반 실험을 분석하는 데 사용됩니다. 이 모델은 예상 된 혈역학 반응 함수와 일치하는 BOLD 신호를 획득하고 이 기능을 자극 설계와 수렴한다고 가정합니다.

마지막으로 통계 임계값은 일반적으로 통계 파라메트릭 맵으로 표시되는 결과를 검토하도록 선택되며, 색상 코딩된 축척을 사용하여 3D 픽셀로 간주될 수 있는 "voxels"라는 이미지의 통계적으로 유의한 단위를 나타냅니다. 필요에 따라 추가 분석을 수행할 수 있습니다.

이제 fMRI 실험이 어떻게 설계, 실행 및 분석되는지 소개했습니다. fMRI는 모터, 시각 및 언어 처리와 같은 '정상' 인간의 뇌 기능 및 인식에 대한 이해를 얻기 위해 사용됩니다. 이들은 겉으로는 기본적인 기능, 여전히 이들과 다른 많은 인지 과정에 대해 배울 많은 있다.

또한, fMRI는 병들게 된 뇌 상태와 심리적 장애에서 뇌 기능을 조사하는 데 사용될 수 있다. 불안 장애, 외상 후 스트레스 장애, 자폐증 및 치매와 같은 연구의 많은 활성 영역이 있습니다.

fMRI는 또한 확산 텐서 화상 진찰, 뇌파학 또는 'EEG', 및 경두개 자기 자극, 또는 'TMS'와 같은 두뇌 기능을 추가 조사하기 위하여 그밖 MR 기술 또는 그밖 모형과 결합될 수 있습니다.

독립적인 성분 분석 및 상호 상관 관계 분석과 같은 기능 적 연결을 조사하는 데 사용할 수 있는 휴식 상태 fMRI 분석 기술도 있습니다.

기능적인 MRI에서 JoVE의 비디오를 방금 시청했습니다. 이 비디오는 fMRI 신호를 얻는 방법, 기본 fMRI 연구 설계, fMRI 수집, BOLD fMR 데이터 처리 및 응용 프로그램을 다루었습니다.

우리는 fMRI가 인간의 뇌 기능과 인식의 많은 측면을 조사하는 데 사용할 수있는 강력하고 비 침습적 인 이미징 기술이라는 것을 배웠습니다.

시청 해 주셔서 감사합니다, 당신의 실험과 행운을 빌어 요, MRI 안전은 항상 먼저 온다는 것을 기억!

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