Объяснение функциональной магнитно-резонансной томографии

Магнитно-резонансная томография (МРТ) дала врачам возможность получать очень хорошие изображения структур мозга. Более новая методика, известная как функциональная МРТ, может пойти еще дальше, косвенно измеряя активность мозга. Хотя большую часть времени метод используется только в научных исследованиях, он становится все более распространенным в клинических условиях.

Возможно, вы когда-нибудь сталкивались с изображениями, созданными с помощью функциональной МРТ. Они показывают мозг с цветными областями, изображающими области мозга, связанные с некоторой функцией, такой как язык или движение. Эти исследования очень популярны: сотни научных статей, использующих эту технологию, публикуются каждый месяц, многие из которых также упоминаются в прессе. Но как создаются эти изображения и что они на самом деле представляют?

Как работает функциональная МРТ

Функциональная МРТ использует специальный сигнал, называемый контрастом уровня кислорода в крови (BOLD). Кровь, текущая через мозг, переносит кислород на молекулы, называемые гемоглобином. Молекулы гемоглобина также несут железо и поэтому имеют магнитный сигнал. Оказывается, что молекулы гемоглобина имеют разные магнитные свойства, когда они присоединены к кислороду, чем когда они не несут кислород, и эту небольшую разницу можно обнаружить с помощью аппарата МРТ.

Когда область мозга более активна, она первоначально потребляет много кислорода в крови. Вскоре после этого мозг расширяет местные кровеносные сосуды, чтобы восстановить снабжение кислородом. Мозг может даже выполнять эту работу слишком хорошо, так что в область поступает больше оксигенированной крови, чем первоначально использовалось. Аппарат МРТ может обнаружить разницу в сигнале, возникающую в результате этого увеличения содержания кислорода в крови.

Таким образом, функциональные исследования МРТ на самом деле не смотрят непосредственно на нейронную активность, но смотрят на то, как уровни кислорода в крови изменяются и коррелируют эту активность с нервными увольнениями. Исследования показали, что это предположение, как правило, верно, хотя такие заболевания, как пороки развития сосудов, опухоли и даже нормальное старение, могут изменить связь между нейронной активностью и локальным кровотоком, что приводит к появлению сигнала BOLD.

Как врачи могут использовать функциональную МРТ?

Поскольку это относительно новая технология и поскольку другие методы могут ответить на аналогичные вопросы, которые могут получить fMRI, fMRI обычно не используется в клинических или больничных условиях. Тем не менее, он может быть использован для планирования важных операций на головном мозге. Например, если нейрохирург хочет удалить опухоль головного мозга, которая расположена близко к языковым центрам мозга, он может заказать исследование fMRI, чтобы точно показать, какие участки мозга связаны с языком. Это помогает нейрохирургу избежать повреждения этих областей во время операции. Тем не менее, наиболее распространенное использование МРТ в медицинских исследованиях.

Какие виды исследований проводятся с использованием МРТ?

Существует два основных способа использования МРТ для визуализации функций мозга. Один метод фокусируется на поиске определенных областей мозга, которые отвечают на некоторые задачи или стимулы. Например, человеку в сканере МРТ в некоторых точках может отображаться мигающая шахматная доска, а иногда - пустой экран. Их могут попросить нажать кнопку, когда они увидят мигающую шахматную доску. Сигнал во время задания будет сравниваться с сигналом, когда задание не выполняется, и результатом будет своего рода картина того, какие области мозга были задействованы при просмотре мигающей шахматной доски и затем нажатии кнопки.

Другой способ использования fMRI - это оценка нейронных сетей. Это включает в себя выяснение, какие участки мозга разговаривают друг с другом. Если одна область мозга обычно загорается одновременно с другой, эти две области мозга могут быть связаны. Никакая задача может даже не потребоваться, чтобы сделать этот вид исследования. По этой причине эти исследования иногда называют функциональной магнитно-резонансной томографией в состоянии покоя.

Информация, полученная из функциональных МРТ-исследований, очень сложна и требует значительного статистического анализа, чтобы иметь смысл. Первоначально это привело к тому, что многие люди не доверяли результатам функциональных МРТ-исследований, поскольку казалось, что в анализе было много возможных ошибок. Однако по мере того, как исследователи и рецензенты знакомятся с новой технологией, результаты становятся все более надежными и заслуживающими доверия.

Что ждет будущее для функциональной МРТ?

Исследования функциональной МРТ уже показали много разных вещей о мозге, в дополнение к подтверждению того, что мы уже знали о нервных путях и локализации. Хотя трудно сказать, будет ли когда-либо широко использоваться фМРТ в клинических условиях, его популярность и эффективность в качестве одного лишь инструмента исследования делают важным как для врачей, так и для непрофессионалов общее представление о том, как работает этот инструмент.