Kuidas funktsionaalne magnetresonantstomograafia töötab

Magnetresonantstomograafia (MRI) on andnud arstidele võime saada aju struktuuridest väga häid pilte. Uuem tehnika, mida nimetatakse funktsionaalseks MRI-ks, võib minna kaugemale, mõõtes kaudselt ka ajutegevust. Kui enamasti kasutatakse seda tehnikat ainult teadusuuringutes, on see kliinilises keskkonnas üha tavalisem.

Ilmselt olete mingil hetkel kohanud funktsionaalse MRI abil loodud pilte. Neil on kujutatud värviliste aladega aju, mis kujutavad ajupiirkondi, mis on seotud mõne funktsiooniga nagu keel või liikumine. Need uuringud on väga populaarsed: igas kuus avaldatakse sadu seda tehnoloogiat kasutavaid teadusartikleid, millest paljusid mainitakse ka ilmalikus ajakirjanduses. Aga kuidas neid pilte tehakse ja mida nad tegelikult kujutavad?

Matthew Simmons / Stringer / Getty Images

Kuidas funktsionaalne MRI töötab

Funktsionaalne MRI kasutab spetsiaalset signaali, mida nimetatakse vere hapnikutasemest sõltuvaks (BOLD) kontrastiks. Aju kaudu voolav veri kannab hapnikku molekulides, mida nimetatakse hemoglobiiniks. Hemoglobiini molekulid kannavad ka rauda ja seetõttu on neil magnetiline signaal. Selgub, et hemoglobiini molekulidel on hapnikuga kinnitumisel erinevad magnetilised omadused kui hapnikku mittekandvatel juhtudel ja selle väikese erinevuse saab tuvastada MRI-aparaadiga.

Kui mõni ajupiirkond on aktiivsem, kulutab see veres esialgu palju hapnikku. Varsti pärast seda laiendab aju kohalikke veresooni, et taastada hapnikuvarustus. Aju võib seda tööd isegi natuke liiga hästi teha, nii et piirkonda läheb rohkem hapnikku sisaldavat verd kui algselt kasutati. MRI-aparaat suudab tuvastada vere hapniku suurenemisest tuleneva signaali erinevuse.

Nii et funktsionaalsed MRI uuringud ei vaata tegelikult otseselt neuronite aktiivsust, vaid uurivad, kuidas vere hapnikutase muutub, ja korrelatsioonis seda tegevust närvide vallandumisega. Uuringud on näidanud, et see eeldus on tavaliselt õige, ehkki sellised haigused nagu veresoonte väärarengud, kasvajad ja isegi normaalne vananemine võivad muuta suhet närvilise aktiivsuse ja kohaliku verevoolu vahel, mille tulemuseks on BOLD signaal.

Kuidas arstid funktsionaalset MRI-d kasutavad

Kuna see on suhteliselt uuem tehnoloogia ja kuna muud meetodid suudavad vastata sarnastele küsimustele, mida fMRI suudab, ei kasutata fMRI-d tavaliselt kliinilistes ega haiglates. Kuid seda saab kasutada oluliste ajuoperatsioonide kavandamisel. Näiteks kui neurokirurg soovib eemaldada ajukasvaja, mis asub aju keelekeskuste lähedal, võivad nad tellida fMRI uuringu, mis aitab täpselt näidata, millised ajupiirkonnad on keelega seotud. See aitab neurokirurgil operatsiooni sooritamisel vältida nende piirkondade kahjustamist. Kuid kõige sagedamini kasutatakse fMRI-d meditsiiniuuringutes.

FMRI abil tehtud uuringute tüübid

Aju funktsiooni visualiseerimiseks on fMRI kasutamiseks kaks peamist viisi. Üks meetod keskendub konkreetsete ajupiirkondade leidmisele, mis reageerivad mõnele ülesandele või stiimulile. Näiteks võib MRI-skanneris olevale inimesele mõnel hetkel näidata vilkuv malelaud, teinekord aga tühi ekraan. Neil võidakse paluda nuppu vajutada, kui nad vilguvat malelauda näevad. Seejärel võrreldakse ülesande ajal signaali signaaliga, kui ülesannet ei tehta, ja tulemuseks on mingi pilt sellest, millised ajupiirkonnad olid seotud vilkuva malelaua nägemisega ja seejärel nupu vajutamisega.

Teine viis, kuidas fMRI-d kasutada, on närvivõrkude hindamine. See hõlmab välja mõtlemist, millised ajupiirkonnad omavahel räägivad. Kui üks ajupiirkond süttib tavaliselt samal ajal kui teine, võivad need kaks ajupiirkonda olla ühendatud. Sellise uuringu tegemiseks ei pruugi isegi ühtegi ülesannet vaja minna. Sel põhjusel nimetatakse neid uuringuid mõnikord puhkeseisundi funktsionaalseks magnetresonantstomograafiaks.

Funktsionaalse MRI uuringutest pärinev teave on väga keeruline ja selle mõtestamiseks on vaja palju statistilisi analüüse. See viis paljud inimesed algselt funktsionaalse MRI uuringute tulemuste usaldamatuseni, kuna tundus, et analüüsis on palju võimalikke vigu. Kuna aga nii teadlased kui ka retsensendid on uue tehnoloogiaga rohkem tuttavaks saanud, muutuvad tulemused nii usaldusväärsemaks kui ka usaldusväärsemaks.

Mida tulevik kätkeb

Funktsionaalsed MRI uuringud on juba näidanud palju erinevaid asju aju kohta, lisaks sellele, et oleme kinnitanud seda, mida me juba teadsime närviradade ja lokaliseerimise kohta. Kuigi on raske öelda, kas fMRI-d kasutatakse kunagi kliinilises keskkonnas, muudab selle populaarsus ja tõhusus ainuüksi uurimisvahendina nii arstidele kui ka võhikutele oluliseks põhiteadmised selle tööriista toimimisest.