Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme

fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) vücuttaki fizyolojik değişikliklerin görsel temsili için bir manyetik rezonans görüntüleme yöntemidir. Nükleer manyetik rezonansın fiziksel ilkelerine dayanmaktadır. Daha dar anlamda, terim, beynin aktifleştirilmiş alanlarının incelenmesi ile bağlantılı olarak kullanılır.

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme nedir?

Fizikçi Kenneth Kwong, manyetik rezonans tomografisine (MRT) dayanarak, çeşitli beyin bölgelerindeki aktivite değişikliklerinin görsel temsili için fonksiyonel manyetik rezonans tomografisi (fMRI) geliştirdi. Bu yöntem, nörovasküler eşleşme yoluyla beynin karşılık gelen bölgelerindeki aktivite değişikliklerine bağlı olan serebral kan akışındaki değişiklikleri ölçer.

Bu yöntem, oksijen bakımından fakir ve oksijen açısından zengin kanın hemoglobinde ölçülen hidrojen çekirdeklerinin farklı kimyasal ortamını kullanır. Oksijenli hemoglobin (oksihemoglobin) diyamanyetiktir, oksijensiz hemoglobin (deoksihemoglobin) paramanyetik özelliklere sahiptir. Kanın manyetik özelliklerindeki farklılıklar ayrıca BOLD etkisi (Kan-Oksijenasyon Seviyesine Bağlı Etki) olarak da adlandırılır. Beyindeki işlevsel süreçler bir dizi kesitsel görüntü şeklinde kaydedilir.

Bu şekilde, bireysel beyin bölgelerindeki aktivite değişiklikleri, test konusu ile ilgili özel görevler aracılığıyla incelenebilir. Bu yöntem başlangıçta, sağlıklı kontrol kişilerindeki aktivite kalıplarını, zihinsel bozukluğu olan kişilerin beyin aktiviteleri ile karşılaştırmak için temel araştırmalar için kullanılır. Daha geniş anlamda, fonksiyonel manyetik rezonans tomografi terimi ayrıca çeşitli organların hareketli temsilini tanımlayan kinematik manyetik rezonans tomografisini de içerir.

İşlev, etki ve hedefler

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme, manyetik rezonans görüntülemenin (MRT) daha da geliştirilmiş halidir. Klasik MRI ile, ilgili organ ve dokuların statik görüntüleri gösterilirken, fMRI, belirli aktiviteler gerçekleştirildiğinde üç boyutlu görüntülerle beyindeki aktivitedeki değişiklikleri gösterir.

Bu non-invaziv prosedürün yardımıyla beyin farklı durumlarda gözlemlenebilir. Klasik MRI'da olduğu gibi, ölçümün fiziksel temeli başlangıçta nükleer manyetik rezonansa dayanır. Hemoglobinin protonlarının dönüşleri, statik bir manyetik alan uygulanarak uzunlamasına hizalanır. Bu manyetizasyon yönüne çapraz olarak uygulanan yüksek frekanslı bir değişken alan, manyetizasyonun rezonansa (Lamor frekansı) kadar statik alana enine sapmasını sağlar. Yüksek frekanslı alan kapatılırsa, enerji açığa çıkarken, mıknatıslanma kendisini statik alan boyunca yeniden hizalayıncaya kadar belirli bir zaman alır.

Bu gevşeme süresi ölçülür. FMRI'da deoksihemoglobin ve oksihemoglobinin farklı şekilde manyetize edilmesinden yararlanılır. Bu, her iki form için de oksijenin etkisine atfedilebilecek farklı ölçülen değerlerle sonuçlanır. Ancak oksihemoglobinin deoksihemoglobine oranı beyindeki fizyolojik süreçler sırasında sürekli değiştiğinden, zamanın herhangi bir noktasındaki değişiklikleri kaydeden fMRI'nin bir parçası olarak seri kayıtlar gerçekleştirilir. Bu sayede sinir hücresi aktiviteleri birkaç saniyelik bir zaman penceresinde milimetre hassasiyetinde görüntülenebilir. Sinirsel aktivitenin yeri deneysel olarak iki farklı noktada manyetik rezonans sinyali ölçülerek belirlenir.

İlk olarak, ölçüm dinlenme durumunda ve sonra uyarılmış bir durumda gerçekleşir. Daha sonra kayıtların karşılaştırması istatistiksel bir test prosedüründe gerçekleştirilir ve istatistiksel olarak önemli farklılıklar mekansal olarak atanır. Deneysel amaçlar için, uyaran test kişisine birkaç kez sunulabilir. Bu genellikle bir görevin birçok kez tekrarlandığı anlamına gelir. Uyaran aşamasından gelen verilerin, dinlenme aşamasından alınan ölçüm sonuçları ile karşılaştırılmasından elde edilen farklar hesaplanır ve ardından grafiksel olarak temsil edilir. Bu prosedür ile beynin hangi bölgelerinin hangi aktivitede aktif olduğunu belirlemek mümkün oldu. Ayrıca psikolojik hastalıklarda belirli beyin bölgeleri ile sağlıklı beyinler arasındaki farklılıklar belirlenebilir.

Yöntem, psikolojik hastalıkların teşhisine önemli bilgiler sağlayan temel araştırmaya ek olarak, doğrudan klinik uygulamada da kullanılmaktadır. FMRI'nin ana klinik uygulama alanı, beyin tümörleri üzerindeki operasyonların hazırlanmasında dil ile ilgili beyin alanlarının lokalizasyonudur. Bu, operasyon sırasında bu alanın büyük ölçüde korunmasını sağlamak içindir. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemenin diğer klinik uygulama alanları, koma, bitkisel durum veya MCS (minimal bilinç durumu) gibi bilinç bozukluğu olan hastaların değerlendirilmesi ile ilgilidir.

Riskler, yan etkiler ve tehlikeler

Fonksiyonel manyetik rezonans tomografisinin büyük başarısına rağmen, bu yöntemin bilgilendirici değeri açısından da eleştirel olarak değerlendirilmesi gerekir. Belirli faaliyetler ve ilgili beyin alanlarının aktivasyonu arasındaki temel bağlantılar belirlenebilir. Psikolojik hastalıklar için beynin belirli alanlarının önemi de daha net hale geldi.

Bununla birlikte, burada sadece hemoglobinin oksijen konsantrasyonundaki değişiklikler ölçülür. Bu süreçler beynin belirli bölgelerine lokalize edilebildiğinden, nörovasküler eşleşmeye bağlı olarak beynin bu bölgelerinin de aktive edildiği varsayılır. Yani beyin düşünürken doğrudan gözlemlenemez. Kan akışındaki değişikliğin sadece sinirsel aktiviteden birkaç saniyelik bir gecikme süresinden sonra meydana geldiğine dikkat edilmelidir. Bu nedenle, doğrudan bir görevlendirme bazen zordur. FMRI'nin diğer invazif olmayan nörolojik muayene yöntemlerine göre avantajı, faaliyetlerin çok daha iyi uzaysal lokalizasyonudur.

Bununla birlikte, zamansal çözünürlük çok daha düşüktür. Kan akışı ölçümleri ve hemoglobin oksijenasyonu yoluyla nöronal aktivitelerin dolaylı olarak belirlenmesi de belirli bir belirsizlik yaratır. Dört saniyenin üzerinde bir gecikme süresi olduğu varsayılır. Daha kısa uyaranlarla güvenilir sinirsel faaliyetlerin varsayılıp varsayılamayacağı henüz araştırılmamıştır. Bununla birlikte, diğer şeylerin yanı sıra, BOLD etkisinin sadece kan damarları tarafından değil, aynı zamanda damarlara bitişik hücre dokusu tarafından da üretilmesine dayanan fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemenin teknik uygulama sınırları da vardır.