fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) vücuttaki fizyolojik değişikliklerin görsel temsili için manyetik rezonans tomografi 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, farklı beyin bölgelerindeki aktivite değişikliklerini görselleştirmek için fonksiyonel manyetik rezonans tomografisi (fMRI) geliştirdi. Bu yöntem, beyin kan akışındaki nörovasküler bağlantı yoluyla beynin karşılık gelen bölgelerindeki aktivite değişikliklerine bağlı 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 aynı zamanda BOLD etkisi (kan oksijenasyon seviyesine bağlı etki) olarak da bilinir. 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 modellerini zihinsel bozukluğu olan kişilerin beyin aktiviteleri ile karşılaştırmak için temel araştırmalar için kullanılır. Bununla birlikte, 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. Statik bir manyetik alan uygulayarak, hemoglobinin protonlarının dönüşleri uzunlamasına hizalanır. Bu manyetizasyon yönüne çapraz olarak uygulanan yüksek frekanslı bir alternatif alan, manyetizasyonun rezonansa (Lamor frekansı) kadar statik alana enine sapmasını sağlar. Yüksek frekans alanı kapatılırsa, mıknatıslanma kendisini statik alan boyunca yeniden hizalayıncaya kadar enerjiyi serbest bırakırken belirli bir zaman alır.
Bu gevşeme süresi ölçülür. FMRI'da deoksihemoglobin ve oksihemoglobinin farklı şekilde manyetize edilmesinden yararlanılır. Bu, her iki form için, oksijenin etkisine atfedilebilecek farklı ölçülen değerlerle sonuçlanır. Ancak oksihemoglobinin deoksihemoglobine oranı beyindeki fizyolojik süreçler sırasında sürekli değiştiği için, 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 ardından 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 görevlisine birkaç kez sunulabilir. Bu genellikle bir görevin birçok kez tekrarlandığı anlamına gelir. Uyaran aşamasından gelen verilerin, dinlenme aşamasından alınan ölçüm sonuçlarıyla karşılaştırılmasından elde edilen farklılıklar 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 araştırmalara ek olarak, doğrudan klinik uygulamada da kullanılmaktadır. FMRI'nin ana klinik uygulama alanı, beyin tümörleri için operasyonlar hazırlanırken beynin dil ile ilgili 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 tomografinin büyük başarısına rağmen, bu yöntemin bilgilendirici değeri açısından da eleştirel olarak değerlendirilmesi gerekir. Belirli aktiviteler ile ilgili beyin bölgelerinin aktivasyonu arasındaki temel bağlantıları belirlemek mümkündü. Psikolojik hastalıklar için beynin belirli bölgelerinin önemi de daha net hale geldi.
Bununla birlikte, burada yalnızca hemoglobinin oksijen konsantrasyonundaki değişiklikler ölçülür. Bu süreçler beynin belirli bölgelerine lokalize edilebildiği için, nörovasküler bağlantı nedeniyle beynin bu bölgelerinin de aktif hale geldiği varsayılmaktadır. 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 mekansal 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 aktivitelerin varsayılıp varsayılamayacağı araştırılmayı beklemektedir. Bununla birlikte, diğer şeylerin yanı sıra, BOLD etkisinin sadece kan damarları tarafından değil, aynı zamanda damarlara bitişik hücre dokusu tarafından da üretildiği gerçeğine dayanan fonksiyonel manyetik rezonans tomografisinin teknik uygulama sınırları da vardır.
.jpg)
