משתמש:Adrory/FMRI

Functional MRI או דימות תהודה מגנטית תפקודית - fMRI הוא סוג מיוחד של סורק MRI. הוא מודד את השינויים הקשורים לפעילות עצבית במוח האדם או בעלי חיים. fMRI הוא הפיתוח האחרון של כלי דימות מוחי והנפוץ ביותר בתחום מיפוי המוח אודות להיותו מעט פולשני, בעל קרינה מינימלית וזמינות רחבה יחסית. הכלי מאוד שימושי בתחום חקר המוח, נוירולוגיה, נוירופסיכאטריה, פסיכולוגיה, מחקר ביולוגי ועוד.

מבוא

מאז 1890 ידוע כי שינויים ב זרימת הדם וחמצון הדם ב מוח (תחום הקרוי המודינמיקה) קשורים קשר הדוק לפעילות ניורונלית במוח. כאשר תאי עצב פועלים הם צורכים חמצן הנישא ידי המוגלובין בתאי הדם האדומים מנימי דם מקומיים. התגובה המקומית לניצול החמצן הוא הגדלת של זרימת הדם לאזורים של פעילות ניורונלית מוגברת המתרחשת לאחר עיכוב של כ 1-5 שניות. תגובה המודינמית זו עולה לשיא למשך 4-5 שניות, לפני נפילה חזרה לרמת האפס. זה מוביל מקומיים שינויים היחסי של ריכוז oxyhemoglobin ו deoxyhemoglobin ושינויים המקומי מוחי נפח דם בנוסף זה שינוי המקומית זרימת דם מוחי.

'החמצן בדם תלויה ברמת' מודגש או MRI הוא בניגוד דם deoxyhemoglobin הראשון שהתגלו ב 1990 על ידי ד"ר מי מוכר גם את פוטנציאל חשיבות מודגש על תפקודי המוח עם דימות MRI. בשנת 1991, ד"ר קנת Kwong מיושמים בהצלחה מודגש גרפיקה המוח האנושי עם MRI ופורסם בשנת 1992 את הממצאים.

Neurons אין עתודות אנרגיה פנימית בצורת glucose וחמצן, כך גורם הירי שלהם צורך יותר אנרגיה כדי להיות מוכנס במהירות. באמצעות תהליך המכונה hemodynamic בתשובה, דם משחרר חמצן אליהם בכל שיעור גדול יותר מאשר neurons פעיל, וכן את ההבדל ב אחיזות מגנטי בין oxyhemoglobin ו deoxyhemoglobin, ובכך oxygenated או deoxygenated דם, מוביל מגנטי האות וריאציה שבה ניתן לאתר באמצעות סורק MRI. בהתחשב repetitions רבות של מחשבה, פעולה או ניסיון, שיטות סטטיסטיות ניתן להשתמש כדי לקבוע את האזורים במוח, אשר באופן אמין צריך יותר מזה ההבדל כתוצאה מכך, ועל כן אילו תחומים של המוח פעילים במהלך אותה מחשבה, פעולה או ניסיון.

כמעט כל משתמש fMRI מחקר מודגש כמו השיטה לקביעת שבו מתרחשת פעילות של המוח כתוצאה חוויות שונות, אבל בגלל האותות הם יחסית ולא כמותי בנפרד, השאלה כמה את קשיחות. שיטות אחרות אשר מציע למדידת פעילות םיבצע ישירות כבר ניסו (למשל, מדידות של חמצן הוצאה פסיקה, או OEF, באזורים של המוח, אשר מודד את כמות של oxyhemoglobin בדם עבר המרה ל), אך מכיוון שנוצר על ידי שדות אלקטרומגנטיים פעיל או ירי עצבון חלשה כל כך, ב אות ה-רעש יחס הוא נמוך ביותר, ו סטטיסטיים השתמשו בשיטות לחלץ נתונים כמותיים היה נכון, במידה רבה, אך נכשל.

המוגלובין הוא diamagnetic כאשר oxygenated אבל paramagnetic כאשר deoxygenated. ב תהודה מגנטי (MR) האות דם ולכן היא מעט שונה, בהתאם לרמת חמצון. הפרשים אלה האותות ניתן לאתר באמצעות הולם MR דופק כמו רצף החמצן בדם תלויה ברמת-(מודגש) זה כנגד זה. מודגש גבוהה האות intensities להתעורר מן מגדילה את הריכוז של oxygenated המוגלובין מאז הדם מגנטי אחיזות עכשיו יותר מקרוב תואם רקמות רגישות מגנטי. על ידי איסוף נתונים של MRI עם סורק פרמטרים רגישים לשינויים מגנטי אחיזות אחד יכול להעריך את השינויים בניגוד מודגש. שינויים אלו יכולים להיות חיוביים או שליליים בהתאם היחסי שינויים בשני מוחי זרימת הדם (CBF) וחמצן הצריכה. מגדילה ב CBF זה לעבור שינויים חמצן הצריכה יוביל להגדלת מודגש האות, לעומת מופחתת ב CBF זה לעבור שינויים חמצן הצריכה תגרום ירידה מודגש האות אינטנסיביות.

התאמה עצבית לרמת החמצן בדם

בדיוק הקשר בין םיבצע האותות ואת מודגש תחת מחקר פעיל. באופן כללי, שינויים מודגש האות מתואם היטב עם שינויים זרימת הדם. מחקרים רבים במהלך מספר עשורים בעבר זיהית את זרימת הדם בין הזדוגות ו metabolic הדולר; כלומר, הוא מספק את הדם בחוזקה regulated בחלל ובזמן לספק את nutrients מטבוליזם של המוח. עם זאת, neuroscientists כבר מחפש יותר ישירה מערכת היחסים בין אספקת הדם ואת עצבי תומושתו / פלטי כי יכול להיות קשור observable הפעילות ואת מעגל חשמלי מודלים של המוח לתפקד.

בזמן הנוכחי הנתונים מצביעים על כך המקומי שדה פוטנציאל S, אינדקס של פעילות משולבת חשמל, יוצרים marginally תאום טוב יותר עם יותר את זרימת הדם spiking פעילות פוטנציאל זה ביותר הקשורים ישירות םיבצע התקשורת, לא פשוט אומדן של הפעילות חשמל עד היום סיפקה בלתי הולם מתאם עם מטבוליזם ואת אספקת הדם על פני טווח רחב דינמי. יש להניח, זה משקף את האופי של metabolic מורכב של תהליכים, אשר יוצרים superset לגבי פעילות חשמל. לאחרונה יש כמה תוצאות הציע להגדיל את זרימת הדם בתוך מוחי (CBF) לאחר םיבצע פעילות causally אינו קשור metabolic את הדרישות של המוח האזור, אלא הוא מונע על ידי הנוכחות של neurotransmitter S, במיוחד glutamate.

אחר התוצאות האחרונות ממליצים ראשוני קטן, שלילית לטבול לפני העיקרית היא סימן חיובי מודגש יותר מקומי וגם correlates עם המקומיים נמדד מופחתת ב רקמות ריכוז חמצן (אולי משקפת גדל המקומי מטבוליזם עצבון במהלך ההפעלה). שימוש זה מודגש יותר לוקליזציה שלילית האות התאפשר דימות של האדם העינים דומיננטיות עמודות ב העיקרי Visual קלפת המוח, עם רזולוציה של כ 0.5 מ"מ. בעיה אחת עם טכניקה זו היא כי בתחילת שלילית היא סימן מודגש קטנים ובינוניים ניתן לראות בעזרת סורק גדול עם שדות מגנטיים של לפחות 3 Tesla. יתרה מזאת, את האות הוא הרבה יותר קטן רגיל מודגש האות, ביצוע החילוץ של האות מ רעש יותר קשה. כמו כן, ראשוני זה לטבול מתרחשת בתוך 1-2 שניות של דחיפה ייזום, אשר עשויים לא ליפול בפח כאשר האותות נרשמות בשעה ארוך תשנון (Tr). אם Tr מספיק נמוך, מהירות מוגברת של זרימת דם מוחי בגלל התגובה vasoactive הצריכה של תרופות (כגון קפאין

טבעי או הבדלים צנורי responsivnesses עשוי להמשיך להעיב תצפית של מטבל הראשונית.

מודגש של האות מורכב מ CBF תרומות העורקים ואת veins גדול, קטן arterioles ו venules, ו capillaries. ניסיוני התוצאות עולה, כי יכול להיות סימן מודגש משוקלל על כלי קטן יותר, ולכן קרוב יותר פעיל neurons, באמצעות שדות מגנטיים גדול. כך למשל, בעוד 70% בערך של סימן מודגש arises מ כלי גדול בתוך 1.5 tesla סורק, כ 70% arises מתוך כלי קטן בתוך 4 tesla סורק. יתר על כן, את גודלה של האות מודגש עולה בערך כמו הכיכר של עוצמת השדה המגנטי. מכאן שם שימש לדחוף גדול עבור שדה סורקים לשני localization לשפר ולהגביר את האות. כמה 7 tesla מסחרי סורקים הפכו מבצעית, וכן ניסויים 8 ו 9 tesla סורקים נמצא בפיתוח.

אופן הפעולה

מודגש אפקטים נמדדים באמצעות volumetric מהירה של תמונות באמצעות רכישת בניגוד מתוכן לפי T1 או T2 * (ר 'MRI). תמונות כאלה יכול להיות טוב במתינות רכשה עם חלוף ברזולוציה מרחבית ו; תמונות הם בדרך כלל לוקחים כל 1-4 שניות, ו voxel יש את התמונה, בדרך כלל כתוצאה מייצגים קוביות של רקמות בערך 2-4 מילימטרים בכל צד של בני האדם. לאחרונה התקדמות טכנולוגית, כגון שימוש גבוה שדות מגנטיים ומתקדם "רב" RF Reception, יש מתקדם ברזולוציה מרחבית של מילימטר הסולם. למרות התגובות stimuli כפי שהוצגו לסגור ביחד כמו אחד או שניים שניות יכול להיות מצוין מאחד לשני, באמצעות שיטה הידועה בשם אירוע הקשור fMRI, את כל הזמן של הקורס מודגש תגובה קצרה א הציגה מניע נמשכת בערך 15 שניות על התגובה החזקה חיובית.

מחקר רב תחומי

הוא מאוד המחקר הבינתחומי האזור מחקרים רבים לצייר על ידע בכמה תחומים:

פיזיקה: פיסיקלית העקרונות העומדים מאחורי fMRI האותות מחקרים רבים דורשים הבנה בסיסי של עקרונות אלה.
פסיכולוגיה: כמעט כל fMRI הלימודים הם למעשה פסיכולוגית קוגניטיבית, psychophysiological קוגניטיבית, ו / או psychophysical ניסויים בהם הוא סורק MRI השתמשו כדי לקבל סט נוסף של מדידות בנוסף ההתנהגות או electroencephalographic המדידות.
Neuroanatomy: ה האותות fMRI יכול להיות לשים את הקשר של היחיד עם הידע הקודם הבנה של neuroanatomy.
סטטיסטיקה: יישום נכון של הסטטיסטיקה חיונית "לסרק את" תוכן ולהימנע שקר-חיובי התוצאות.
Electrophysiology: היכרות עם neuronal התנהגות בבית electrophysiological ברמה יכול לעזור החוקרים לעצב fMRI מחקר שימושי.

יתרונות וחסרונות

כמו בכל טכניקה, fMRI יש יתרונות ו disadvantages, וכן על מנת להיות יעיל, אשר מפעילים את הניסויים הוא חייב להיות מתוכנן בקפידה וערך על מנת למקסם את עוצמות או למזער את weaknesses.

יתרונות

זה יכול noninvasively הרשומה אותות המוח (של בני האדם ושל בעלי חיים אחרים) ללא הסיכונים הכרוכים של קרינה סריקה שיטות אחרות, כגון CT או PET סריקות.
זה יכול להקליט על מרחבי ברזולוציה של פחות מ 1 מילימטר, אם כי פתרון הבעיה באזור של 3-6 מילימטרים יותר טיפוסי, אך עם חלוף החלטה גרועה (על סדר שניות) לעומת טכניקות כגון EEG. עם זאת, זאת בעיקר בשל תופעות hemodynamic להיות שקול, לא בגלל הטכניקה. EEG מודד חשמל / םיבצע בעת פעילות fMRI פעילות אמצעים דם, אשר יש תגובה איטית יותר. ה MRI ציוד המשמש fMRI יכול לשמש חלוף ברזולוציה גבוהה, אם אמצעים שונים תופעות.

חסרונות

את האות מודגש רק על עקיפה של אמצעי םיבצע פעילות, ולכן רגישים שאינם משפיעים על ידי םיבצע שינויים בגוף.
מודגש ביותר האותות בחום המשויך ל קלט נתון האזור ולא את הפלט. לכן זה אפשרי (אם כי לא סביר), כי יכול להיות סימן מודגש נוכח נתון בתוך השטח, גם אם אין פעילות אחת יחידה.
אזורים שונים במוח עשויים להיות שונים hemodynamic תגובות, אשר לא יהיה מדויק לפי שיקפה את הגרסה הפשוטה של מודל ליניארי כללי לעתים קרובות נעשה שימוש כדי לסנן fMRI זמן האותות.
את זמני התגובה של אספקת הדם, אשר מהווה את הבסיס fMRI, הוא איטי יחסית של אותות חשמליים שמגדירים neuronal תקשורת. כדי להקל את הבעיה, כמה קבוצות מחקר מנסים לשלב fMRI האותות בעלי רזולוציה מרחבית גבוהה יחסית עם האותות מוקלט עם טכניקות אחרות, electroencephalography (EEG), או magnetoencephalography (מג), אשר ברזולוציה גבוהה יותר של העולם הזה אך גרוע יותר ברזולוציה מרחבית.
FMRI יש לעיתים קרובות נעשה שימוש על מנת להראות ההפעלה מקומי לאזורים ספציפיים, ובכך להקטין את טיב עיבוד הפצה ב םיבצע רשתות. מספר האחרונות מרובת טכניקות סטטיסטיות לעקוף בעיה זו על ידי אפיון אינטראקציות בין "פעיל" אזורים מסורתיים מצאו דרך univariate טכניקות.
FMRI יש עניים האות ה-יחס רעש, לפחות בהשוואה electrophysiological טכניקות רבות. זה necessitates נרחב שלאחר עיבוד ופורסם fMRI תוצאות לעיתים בכבדות ממוצעים לאורך זמן ועל פני שטח smoothed באמצעות מספר אחד של חבילות תוכנה.

מסיבות אלה, דימות תפקודית מספק תובנות לתוך םיבצע עיבוד כי הן משלימות ל תובנות של אחר לימודי neurophysiology.

סריקה בפעולה

Berkeley's 4T fMRI scanner

נושאים של fMRI שהשתתפו בניסוי מתבקש לשכב עדיין ובדרך כלל אתה מאופק עם רך pads למנוע תנועות קטנות מ מפריע המדידות. ישנם גם מעבדות להעסיק לנשוך בארים לצמצם ההצעה, אם כי מדובר פופולרי כפי שהם יכולים לגרום אי נוחות עד כמה נושאים. ניתן לחלק הסכום הנכון של הראש עם התנועה לאחר עיבוד הנתונים, אך חולף תנועה גדול יכול לפרוע ניסיונות סרק אלה. באופן כללי ההצעה מעבר של 3 מילימטרים תגרום נתונים לא שמיש. הבעיה של ההצעה היא עבור כל האוכלוסיות, אבל רוב בעיקר בתוך אוכלוסיות שאינן פיזית או רגשית מצויד גם עבור MRI הפעלות קצר (למשל, אלה עם מחלת אלצהיימר או סכיזופרניה, או ילדים קטנים). אוכלוסיות אלו, השונים ואת שלילית חיזוק אסטרטגיות יכול להיות מועסק בניסיון attenuate ההצעה artifacts, אבל באופן כללי את הפתרון טמון בעיצוב של פרדיגמה תואם עם אוכלוסיות אלה.

FMRI של הניסוי נמשך בדרך כלל בין 15 דקות, 2 שעות. בהתאם מטרת המחקר, הנושאים עשוי לצפות בסרטים, לשמוע צלילים, להריח odors, קוגניטיבית לבצע משימות כגון N-חזרה, או דמיון memorization, הקש על כמה כפתורים, או לבצע משימות אחרות. החוקרים נדרשים לתת הוראות מפורטות ותיאורים של תוכנית הניסוי לכל נושא, מי צריך לחתום על טופס הסכמה לפני הניסוי.

בטיחות הוא מאוד חשוב בכל בעיה הקשורה ניסויים MRI. פוטנציאל נושאים חייבת להבטיח כי הם יכולים להיכנס MRI הסביבה. בשל אופיים של סורק MRI, שם היא מאוד חזקה השדה המגנטי סביב סורק MRI (לפחות 1.5 teslas, אולי חזקה יותר). פוטנציאל יש נושאים בדקו ביסודיות כל ferromagnetic אובייקטים (כגון שעונים, משקפיים, שיער מספרי זיהוי אישיים, pacemakers, לוחיות העצם ואת ברגים, וכו ') לפני הכניסה סריקת הסביבה.

ראו גם

קטגוריה:דימות תהודה מגנטית קטגוריה:מדעים קוגניטיביים קטגוריה:דימות מוחי קטגוריה:בדיקות רפואיות קטגוריה:דימות רפואי

דימות תהודה מגנטית תפקודי de:Funktionelle Magnetresonanztomographie el:Λειτουργική Απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού en:Functional magnetic resonance imaging fr:Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle is:Starfræn segulómmyndun it:Risonanza magnetica funzionale hu:Funkcionális mágneses rezonancia-vizsgálat nl:Functionele MRI ja:FMRI no:Funksjonell Magnetresonanstomografi pl:Funkcjonalny magnetyczny rezonans jądrowy pt:Ressonância magnética zh:功能性磁共振成像 es:Resonancia funcional