Дает исследователю очень много информации об анатомическом строении органа, ткани или другого объекта, который попадает в поле видимости. Однако, чтобы сложилась целостная картина происходящих процессов, не хватает данных о функциональной активности. И для этого как раз существует BOLD-функциональная магнитно-резонансная томография (BOLD - blood oxygenation level dependent contrast, или контрастность, зависящая от степени насыщения крови кислородом).
BOLD фМРТ - это один из наиболее применимых и широко известных способов определять мозговую активность. Активация приводит к усилению местного кровотока с изменением относительной концентрации оксигенированного (обогащенного кислородом) и дезоксигенированного (бедного кислородом) гемоглобина в местном кровотоке.
Рис.1. Схема реакции мозгового кровотока в ответ на возбуждение нейронов.
Дезоксигенированная кровь является парамагнетиком (веществом, способным намагничиваться) и ведет к падению уровня сигнала МРТ. Если же в области мозга больше оксигенированной крови – уровень МРТ-сигнала увеличивается. Таким образом, кислород в крови выполняет роль эндогенного контрастного вещества.
Рис.2. Объём мозгового кровоснабжения (а ) и BOLD- ответ фМРТ (b ) при активации первичной моторной коры человека . Сигнал проходит в 4 стадии . 1 стадия – вследствие активации нейронов повышается потребление кислорода , увеличивается количество дезоксигенированной крови , BOLD — сигнал немного уменьшается (на графике не показано , уменьшение незначительное ). Сосуды расширяются , вследствие чего несколько уменьшается кровоснабжение мозговой ткани . Стадия 2 – длительное увеличение сигнала . Потенциал действия нейронов заканчивается , но поток оксигенированной крови увеличивается инерционно , возможно вследствие воздействия биохимических маркеров гипоксии . Стадия 3 – длительное снижение сигнала вследствие нормализации кровоснабжения . 4 стадия – постстимульный спад – вызван медленным восстановлением первоначального кровоснабжения.
Для активации работы нейронов в определённых областях коры существуют специальные активирующие задания. Дизайн заданий, как правило, бывает двух видов: «block» и «event-related». Каждый вид предполагает наличие двух чередующихся фаз - активного состояния и покоя. В клинической фМРТ чаще используются задания вида «block». Выполняя такие упражнения, испытуемый чередует так называемые ON- (активное состояние) и OFF- (состояние покоя) периоды одинаковой или неравной продолжительности. Например, при определении области коры, отвечающей за движения рук, задания состоят из чередующихся движений пальцами и периодов бездействия, продолжительностью в среднем около 20 секунд. Действия повторяют несколько раз для увеличения точности результата фМРТ. В случае задания «event-related» испытуемый выполняет одно короткое действие (например, глотание или сжатие кулака), за которым следует период покоя, при этом действия, в отличие от блокового дизайна, чередуются неравномерно и непоследовательно.
На практике BOLD фМРТ используется при предоперационном планировании резекции (удаления) опухолей, диагностике сосудистых мальформаций, при операциях при тяжелых формах эпилепсии и других поражений головного мозга. В ходе операции на головном мозге важно максимально точно удалить участок поражения, в то же время избегая излишнего повреждения соседних фунционально важных участков головного мозга.
Рис.3.
а – трёхмерное МРТ — изображение головного мозга . Стрелкой указано расположение моторной коры в прецентральной извилине .
b – карта фМРТ —активности мозга в прецентральной извилине при движении рукой.
Метод очень эффективен при изучении дегенеративных заболеваний, например, болезней Альцгеймера и Паркинсона, особенно на ранних стадиях. Он не предполагает использования ионизирующего излучения и рентгеноконтрастных веществ, к тому же, он неинвазивен. Поэтому его можно считать довольно безопасным для пациентов, которые нуждаются в длительных и регулярных фМРТ-обследованиях. ФМРТ можно применять для исследования механизмов формирования эпилептических приступов и позволяет избежать удаления функциональной коры у больных с трудноизлечимой эпилепсией лобной доли. Наблюдение за восстановлением мозга после инсультов, изучение влияния лекарственных средств или другой терапии, наблюдение и контроль лечения психиатрических заболеваний – это далеко не полный перечень возможного применения фМРТ. Кроме этого, существует еще фМРТ покоя, в которой сложная обработка данных позволяет увидеть сети мозга, функционирующие в состоянии покоя.
Источники:
- How well do we understand the neural origins of the fMRI BOLD signal? Owen J.Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 January 2002
- The physics of functional magnetic resonance imaging (fMRI) R. B. Buxton. Rep. Prog. Phys. 76 (2013)
- Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике. Научный обзор. Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А. Russian electronic journal of radiology. Том 4 №1 2014г.
- Мозг, познание, разум: введение в когнитивные нейронауки. Часть2 . Б. Баарс, Н. Гейдж. М.: Бином. 2014г. С. 353-360.
Текст: Дарья Прокудина
ЕРЕВАН, 13 октября. Новости-Армения. Если людям дать возможность наблюдать в реальном времени, что происходит у них в мозгу, они быстро научатся снимать боль, улучшать себе настроение и распоряжаться невиданными умственными способностями. Доступ к этому методу может преобразить мир.
Как это работает
Загружается новость... "Лево"
Как сообщает BBC , у каждого из нас свой способ справляться с негативными чувствами и эмоциями. Кто-то фокусируется на дыхании, чтобы успокоить нервы. Кто-то применяет медитацию, чтобы избавиться от зубной боли. Кто-то, чтобы отогнать плохое настроение, пытается мысленно перенестись в те места, где когда-то чувствовал себя особенно хорошо…
Все эти способы так или иначе работают - правда, с разной степенью успеха. А теперь представьте, что вы видите всё, что происходит у вас в голове, в мозгу, когда вы чувствуете боль, тревогу, тоску, страх или удовольствие. И вы можете наблюдать за этим в реальном времени! Вы учитесь управлять своим умом - примерно так же, как бодибилдер тренирует отдельные группы мышц
Вдруг вам становится ясно, что ваши эмоции - никакая не тайна. Вы способны следить за тем, как работают те маленькие психологические хитрости, с помощью которых вы разгоняете тоску, можете выбирать наиболее эффективные приемы и контролировать их работу в режиме реального времени.
ФМРТ в реальном времени
Наверное, вы уже поняли, какая главная идея лежит за новой техникой, которую назвали "ФМРТ в реальном времени" (ФМРТ - функциональная магнитно-резонансная томография).
Мы учимся контролировать эмоции, чувства и желания, получая на экране визуальный отклик на наши действия, на то, как именно мы применяем психологические техники и уловки. В итоге это становится почти таким же простым, как убавить громкость в стереосистеме.
Это открывает нам путь в будущее, где с помощью "ФМРТ в реальном времени" мы сможем натренировать свои умственные способности до невиданной степени.
Сосредоточившись на контроле над виртуальным пламенем, люди способны уменьшить боль, которую испытывают.
Впервые этот метод был продемонстрирован в 2005 году во время исследования, в ходе которого людей обучали контролю над болевыми ощущениями.
Восьмерых добровольцев помещали в МРТ-сканер и создавали у них на коже ощущения, как от ожога. В это время им показывали на мониторе язычок пламени, олицетворяющий процесс в районе головного мозга, отвечающем за болевые реакции.
С помощью различных когнитивных приемов участники эксперимента быстро учились управлять размером пламени, что помогало им регулировать степень электрического раздражения болевой зоны у себя на коже.
Удивительно, но всего лишь за 13 минут эксперимента его участники достигали умения легко менять размер пламени и, соответственно, были способны более чем на 50% уменьшать боль.
Способности, приобретенные во время обучения, сохраняются и спустя 11 месяцев, что подтверждает долгоиграющий эффект тренинга
С тех пор количество подобных исследований с применением ФМРТ в реальном времени росло лавинообразно. О всё новых и новых методах клинического и экспериментального применения сообщается чуть ли не каждый месяц.
Наука не стоит на месте
Загружается новость... "Право"
Исследуемым теперь предлагается возможность оценить происходящее у себя в мозгу не только с помощью изображения, но и звуков, и даже температуры (через очки виртуальной реальности). Метод уже получил еще одно название - нейрофидбэк.
В исследовании 2017 г., результаты которого опубликованы в журнале Appetite, продемонстрировано, как с помощью ФМРТ в реальном времени можно бороться с ожирением.
В течение четырех дней мужчины с лишним весом учились контролировать те районы головного мозга, которые отвечают за ощущения исполнения и вознаграждения, приучая свой мозг делать выбор в пользу более здоровой пищи и меньшего ее количества.
В другом исследовании этого года обнаружено, что если научиться контролировать определенную часть префронтальной коры головного мозга (тот район, с которым связывают поведение пациентов с СДВГ, синдромом дефицита внимания с гиперактивностью), то прошедшие курс обучения подростки могут самостоятельно уменьшить симптомы СДВГ и развить навык сосредотачиваться.
Причем способности, приобретенные во время обучения, сохраняются и спустя 11 месяцев, что подтверждает долгоиграющий эффект тренинга и происшедших в связи с ним изменений в мозгу.
В исследовании 2016 г. было обнаружено, что пожилые люди могут использовать эту технику для улучшения своих познавательных способностей, притупленных возрастом. Таким же образом и молодые люди могут стимулировать работу своего мозга.
Исследование 2015 г., в котором участвовали здоровые взрослые люди, показало: обучение с помощью так называемого нейрофидбэка помогает улучшить способность сосредотачиваться и меньше отвлекаться.
В других недавних исследованиях было найдено применение этой методике в лечении депрессии, тревожных состояний, посттравматического стрессового расстройства у ветеранов военных действий и даже пристрастия к курению.
Исследование Джеймса Салзера из Техасского университета города Остин показало, что люди способны научиться регулировать уровень нейромедиаторного допамина, что может быть применено для лечения болезни Паркинсона.
Огромный мир новых возможностей
Насколько же велик потенциал обучения с помощью нейрофидбэка, если каждый из нас сможет полностью контролировать свой мозг?
В общем, исследования ясно демонстрируют, что эта технология может найти применение в миллионах случаев. Но насколько длительным будет ее эффект и насколько она практична? Точно сказать пока нельзя.
Для ФМРТ в реальном времени нужно дорогостоящее и громоздкое оборудование, которое сейчас применяется прежде всего в срочных и тяжелых случаях. Однако, как мы знаем, технологии не стоят на месте. Вполне возможно, очень скоро появятся более дешевые и более миниатюрные сканеры ФМРТ.
Если даже несколько 10-минутных занятий приносят статистически значимый результат, то что же будет после 10 тысяч часов тренировки?
И тогда перед человечеством откроется огромный мир новых возможностей.
Представьте себе атлета, который проводит тренировки, не видя собственного тела и не имея представления о весе штанги.
Примерно в таком же положении мы находимся сейчас, не видя, что происходит в нашем мозгу, когда нам больно, когда нам холодно, когда у нас плохое настроение, когда мы в отчаянии, когда мы плачем или радуемся...
Насколько же велик потенциал обучения с помощью ФМРТ в реальном времени? Чего мы достигнем, если каждый из нас сможет каждый день уделять время тренировкам сознания - и так месяцы и годы?
Метод "ФМРТ в реальном времени" может оказаться коротким путем к достижению, например, того, на что тратят годы упорной работы со своим умом тибетские монахи, высушивающие жаром своего тела мокрое полотенце на ледяном ветру, или индийские йоги, умеющие полностью блокировать ощущение боли в теле.
Конечно, пока ничего нельзя утверждать наверняка, но, вполне возможно, речь идет и о достижении умственных сверхспособностей. -0-
Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) - методика МРТ, которая измеряет гемодинамический ответ (изменение кровотока), связанный с активностью нейронов. фМРТ не позволяет увидеть электрическую активность нейронов напрямую, а делает это опосредованно, благодаря феномену нейроваскулярного взаимодействия. Данный феномен представляет собой региональное изменение кровотока в ответ на активацию близлежащих нейронов, поскольку при усилении их активности они нуждаются в большем количестве кислорода и питательных веществ, приносимых с током крови.
Основные принципы фМРТ. фМРТ является методикой нейровизуализации, использующей окси-гемоглобин и дезокси-гемоглобин в кровеносных сосудах как эндогенный контрастный агент. При этом используется принцип BOLD-контрастности (blood oxygenation leveldependent contrast - контрастность, зависящая от степени насыщения крови кислородом), открытый Seiji Ogawa в 1990 году. BOLD-контраст - это различие МР-сигнала на изображениях c использованием градиентных последовательностей в зависимости от процентного содержания дезоксигемоглобина. Методика BOLD- фМРТ заключается в следующем: повышение нейрональной активности вызывает местное увеличение потребления кислорода. Это ведет к увеличению уровня парамагнетика дезоксигемоголобина, который снижает уровень сигнала фМРТ. Но через несколько секунд нейрональная активность вызывает также увеличение церебрального кровотока и объема крови, что ведет к увеличению притока артериальной крови и, следовательно, к увеличению оксигемоглобина, который повышает уровень сигнала фМРТ. По неизвестным пока причинам количество оксигенированной крови, которая поступает в ответ на активность нейронов, сильно превышает метаболитическое потребление кислорода. Эта, своего рода, сверхкомпенсация оксигемоглобина ведет к изменению в соотношении оксигемоглобина и дезоксигемоглобина, что измеряется и является основой для BOLD- фМРТ сигнала.
Существуют два основных метода проведения фМРТ: [1 ] с измерением функциональной активности коры головного мозга при выполнении определенного задания по сравнению с его активностью в покое/с контрольным заданием (так называемая task-fMRI); [2 ] с измерением функциональной активности коры головного мозга в покое (так называемая resting state fMRI - RS-fMRI).
При проведении фМРТ-исследования с выполнением определенной парадигмы, задания, которые выполняет испытуемый, могут быть различными: двигательными, зрительными, когнитивными, речевыми и т.д. После проведения фМРТ полученные функциональные данные подвергаются статистическому анализу. Результатом является информация о зонах активации в виде цветных карт, наложенных на анатомические данные, и те же самые данные могут быть представлены в цифровом формате с указанием статистической значимости зоны активации, ее объема и координат ее центра в стереотаксическом пространстве. Однако в последние 10 лет всё больший интерес исследователей привлекает методика фМРТ покоя (фМРТп). Принцип ее действия остается таким же, как и при классической фМРТ (task-fMRI). Единственным отличием является отсутствие при фМРТп каких-либо парадигм (т.е. активных заданий или воздействий, предъявляемых пациенту). Во время проведения фМРТп обследуемый субъект находится в МР-томографе в состоянии покоя, ему даются инструкции максимально расслабиться и не думать о чем-либо конкретном. В различных работах встречаются разные взгляды относительно того, нужно ли обследуемому субъекту закрывать глаза или нет. Сторонники оставления глаз открытыми аргументируют свою позицию тем, что это предотвращает засыпание субъекта.
В каких же случаях проводят фМРТ ?
Во-первых, в чисто научных целях: это исследование работы нормального мозга и его функциональной асимметрии. Данная методика возродила интерес исследователей к картированию функций головного мозга: не прибегая к инвазивным вмешательствам можно увидеть, какие зоны головного мозга отвечают за тот или иной процесс. Пожалуй, наибольший прорыв был сделан в понимании высших когнитивных процессов, включая внимание, память и исполнительные функции. Подобные исследования позволили применять фМРТ в практических целях, далеких от медицины и нейронаук (в качестве детектора лжи, при маркетинговых исследованиях и др.).
Во-вторых, фМРТ начинает активно применяться в практической медицине, в частности, для предоперационного картирования основных функций (двигательных, речевых) перед нейро-хирургическими вмешательствами по поводу объемных образований головного мозга или некурабельной эпилепсии. Как правило, оценивают моторные зоны для рук и ног, языка, а также речевые зоны - Брока и Вернике: их наличие, расположение относительно очага поражения, наличие гомологов в здоровом полушарии, компенсаторное усиление активации в противоположном полушарии большого мозга или вторичных зонах. Эта информация помогает нейрохирургам оценить риск послеоперационного неврологического дефицита, выбрать наиболее удобный и наименее травматичный доступ, предположить объем резекции.
В-третьих, исследователи также пытаются внедрить фМРТ в рутинную клиническую практику при различных неврологических и психических заболеваниях. Основной целью многочисленных работ в данной области является оценка изменения функционирования мозга в ответ на повреждение того или иного его участка - выпадение и (или) переключение зон, их смещение и т.п., а также динамическое наблюдение перестройки зон активации в ответ на проводимую медикаментозную терапию и (или) реабилитационные мероприятия. В конечном счете, фМРТ-исследования, проводимые на больных различных категорий, могут помочь определить прогностическое значение различных вариантов функциональной перестройки коры для восстановления нарушенных функций и выработать оптимальные алгоритмы лечения.
Дополнительная информация по теме фМРТ :
статья «Передовые технологии нейровизуализации» М.А. Пирадов, М.М. Танашян, М.В. Кротенкова, В.В. Брюхов, Е.И. Кремнева, Р.Н. Коновалов; ФГБНУ «Научный центр неврологии» (журнал «Анналы клиничес-кой и экспериментальной неврологии» №4, 2015) [читать ];
статья «Функциональная магнитно-резонансная томография» Е.И. Кремнева, Р.Н. Коновалов, М.В. Кротенкова; Научный центр неврологии РАМН, Москва (журнал «Анналы клинической и эксперименталь-ной неврологии» №1, 2011) [читать ];
статья «Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике» Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А.; Онкологический центр «Мемориал Слоан-Кеттеринг», лаборатория функциональной МРТ, отделение радио-логии, г. Нью-Йорк, США (Russian electronic journal of radiology, №1, 2014) [читать ];
статья «Функциональная магнитно-резонансная томография покоя: новые возможности изучения физиологии и патологии мозга» Е.В. Селиверстова, Ю.А. Селиверстов, Р.Н. Коновалов, С.Н. Иллариошкин ФГБУ «Научный центр неврологии» РАМН, Москва (журнал «Анналы клинической и экспериментальной неврологии» №4, 2013) [читать ];
статья «Функциональная магнитно-резонансная томография покоя: возможности и будущее метода» Ю.А. Селивёрстов, Е.В. Селивёрстова, Р.Н. Коновалов, М.В. Кротенкова, С.Н. Иллариошкин, Научный центр неврологии РАМН, Москва (Бюллетень Национального общества по изучению болезни Паркинсона и расстройств движений, №1, 2014) [читать ];
статья «Функциональная магнитно-резонансная томография и нейронауки» М.Б. Штарк, А.М. Коростышевская, М.В. Резакова, А.А. Савелов; Институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, г. Новосибирск; Институт «Международный томографический центр» СО РАН, г. Новосибирск; НПФ «Компьютерные системы биоуправления», г. Новосибирск (журнал «Успехи физиологических наук», №1, 2012) [читать ]
© Laesus De Liro
Уважаемые авторы научных материалов, которые я использую в своих сообщениях! Если Вы усматривайте в этом нарушение «Закона РФ об авторском праве» или желаете видеть изложение Вашего материала в ином виде (или в ином контексте), то в этом случае напишите мне (на почтовый адрес: [email protected] ) и я немедленно устраню все нарушения и неточности. Но поскольку мой блог не имеет никакой коммерческой цели (и основы) [лично для меня], а несет сугубо образовательную цель (и, как правило, всегда имеет активную ссылку на автора и его научный труд), поэтому я был бы благодарен Вам за шанс сделать некоторые исключения для моих сообщений (вопреки имеющимся правовым нормам). С уважением, Laesus De Liro.
Posts from This Journal by “МРТ” Tag
Цитотоксические поражения мозолистого тела (CLOCCs)
Цитотоксические поражения мозолистого тела (сytotoxic lesions of the corpus callosum, CLOCCs) - понятие, объединяющее в себе разнородную…
Церебральные нарушения обмена железа
Железо участвует во многих жизненно важных процессах, таких как транспорт кислорода, митохондриальное дыхание, синтез ДНК, миелина,…
Феномен фокальной констрикции периферического нерва
Дефиниция. Феномен «фокальной констрикции периферического нерва» (ФКПН) - это синдром [этиология которого часто остается невыясненной] острой…
Синдром умеренной энцефалопатии с обратимым поражением валика мозолистого тела
Синдром умеренной энцефалопатии с обратимым поражением валика мозолистого тела (Mild Encephalopathy with Reversible Splenial lesion - MERS) - это…
фМРТ позволяет определить активацию определенной области головного мозга во время нормального его функционирования под влиянием различных физических факторов (например, движение тела) и при различных патологических состояниях.
На сегодняшний день это один из самых активно развивающихся видов нейровизуализации . С начала 1990-х годов функциональная МРТ стала доминировать в области визуализации процессов головного мозга из-за своей сравнительно низкой инвазивности, отсутствия воздействия радиации и относительно широкой доступности.
Энциклопедичный YouTube
-
1 / 5
Мозг функционально не предназначен для хранения глюкозы - основного источника энергии. Однако, для активации нейронов и действия ионных насосов, которые обуславливают нормальное функционирование мозга, нужна энергия, получаемая из глюкозы. Энергия из глюкозы поступает за счёт кровотока. Вместе с кровью в результате расширения кровеносных сосудов также транспортируются кислородосодержащие молекулы гемоглобина в красных кровяных клетках. Изменение кровотока локализуется в пределах 2 или в области нейронной активности. Обычно увеличение концентрации кислорода больше, чем кислорода, израсходованного на сжигание глюкозы (на данный момент не определено, окисляется ли вся глюкоза), и это приводит к общему снижению гемоглобина . При этом изменяются магнитные свойства крови, препятствуя её намагничиванию, что впоследствии ведет к созданию индуцированного МРТ процесса.
Кровоток мозга неравномерно зависит от потребляемой глюкозы в разных областях мозга. Предварительные результаты показывают, что в некоторых областях мозга приток крови больше того уровня, который бы соответствовал потреблению. Например в таких областях, как в миндалине , базальных ганглиях , таламусе и поясной коре, которые набираются за быстрый отклик. В областях, которые имеют более совещательный характер, таких как боковая, лобной и латеральной париетальных долей, наоборот, исходя из наблюдений, следует вывод, что входящий поток меньше расхода. Это сильно влияет на чувствительность.
Гемоглобин отличается тем, как он реагирует на магнитные поля, в зависимости от того, имеет ли он привязку к молекуле кислорода . Молекула гемоглобина лучше реагирует на действие магнитного поля. Следовательно, она искажает окружающее её магнитное поле, индуцированного магнитно-резонансного сканера, вызывая потерю намагниченности ядер быстрее через период полураспада . Таким образом, сигнал МРТ лучше в тех областях мозга, где кровь сильно насыщается кислородом и меньше, где кислорода нет. Этот эффект возрастает, как квадрат напряженности магнитного поля. У фмрт-сигнала, следовательно, проявляется необходимость в сильном магнитном поле (1.5 Т и выше) и последовательности импульсов, таких как ЭПИ, которая чувствительна к периоду полураспада.
Физиологическая ответная реакция кровотока во многом определяет временную чувствительность, то есть насколько точно мы можем измерить период активности нейронов и в какое именно время они активны, отмечая жирным шрифтом фмрт. Основным временным параметрическим разрешением является - ТР, который диктует, как часто определенный кусочек мозга возбуждается и теряет свою намагниченность. Трс может варьироваться от очень коротких (500 мс) до очень длинных (3 сек). Для фмрт в частности, гемодинамическая реакция длится более 10 секунд, поднявшись мультипликативно с пиком на 4 до 6 секунд, а затем падает мультипликативно. Изменения в системе кровотока, сосудистая система, интеграция ответных реакций нейронной активности с течением времени. Так как данная ответная реакция представляет собой гладкую непрерывную функцию, отбора проб. Больше точек на кривой отклика можно получить путём простой линейной интерполяции в любом случае. Экспериментальные парадигмы могут улучшить временное разрешение, но уменьшат число эффективных точек данных, полученных экспериментальным путём.
Гемодинамическая ответная реакция зависимости уровня кислорода в крови (ЗУКВ)
Механизму, с помощью которого нервная система обеспечивает обратную связь с сосудистой системой , необходимо больше глюкозы, в том числе, частично высвобожденной из глутамата в рамках запуска нейронов. Глутамат влияет на ближайшие опорные клетки, астроциты , вызывая изменение концентрация ионов кальция . Это, в свою очередь, высвобождает оксид азота в точке контакта астроцитов и средних кровеносных сосудов, артериол . Оксид азота является вазодилататором , вызывая расширения артериол и привлечение к себе большего объема крови.
Ответный сигнал одного вокселя в течение периода времени называется timecourse. Как правило, нежелательный сигнал, называемый шумом, со сканера, беспорядочной деятельности, помех и аналогичных элементов соизмерим с величиной полезного сигнала. Чтобы устранить данные шумы, фмрт исследования повторяют несколько раз.
Пространственное разрешение
Пространственное разрешение фмрт исследований определяется, как способность оборудования различать границы мозга и близлежащие места. Она измеряется размером вокселей , как в МРТ . Воксель - это трехмерный прямоугольный параллелепипед, размеры которого определяются толщиной среза, площадь среза, и сетки, наложенные на срез путём сканирования. При полном исследовании мозга используются более крупные воксели, а те, которые специализируются на конкретных регионах, представляющие интерес, как правило, используют меньшие размеры. Размеры варьируются от 4-5 мм до 1 мм. Таким образом размеры вокселей напрямую зависят от области измерения. Вместе с тем время сканирования напрямую увеличивается с увеличением количества вокселей, зависящих от среза и количества срезов. Это может привести к дискомфорту для субъекта внутри сканера и к потере намагниченности сигнала. Вокселя, как правило, содержат несколько миллионов нейронов каждый и десятки миллиардов синапсов .
Временное разрешение
Временное разрешение - это наименьший период времени нейронной активности который с высокой точностью можно определить с помощью фмрт.
Временное разрешение зависит от возможностей мозга обрабатывать данные за определенное время, находясь в различных ситуациях. Например, в широком диапазоне задается визуальная система обработки. То, что глаз видит, регистрируется на фоторецепторах сетчатки в пределах миллисекунд. Данные сигналы доходят до первичной зрительной коры через таламус за десятки миллисекунд. Активность нейронов, связанных с актом видения длится чуть больше 100 мс. Быстрые реакции, такие как резкий поворот, чтобы избежать аварии, занимает около 200 мс. Реакция происходит приблизительно во вторую половину осознания и осмысления произошедшего. Вспоминание подобного события может занять несколько секунд, и эмоциональные или физиологические изменения, такие как страх, возбуждение могут длиться минуты или часы. Распознавание лиц, событий могут длиться дни, месяцы или годы. Большинство экспериментов фмрт исследований процессов мозга, длящиеся несколько секунд, с исследованием, проведенным в течение нескольких десятков минут. Изменение психо-эмоционального состояния может изменить поведение субъекта и его когнитивные процессы.
Линейное дополнение от многократной активации
Когда человек выполняет две задачи одновременно, ответная реакция ЗУКВ, как ожидается, добавляется линейно. Это фундаментальное предположение многих фмрт исследований. Линейное дополнение означает отдельное масштабирование каждого интересующего процесса и их последующего суммирования. Поскольку масштабирование - это просто умножение на постоянное число, это означает, что событие, которое вызывается, скажем, два раза в нейронных реакциях могут быть смоделированы, как определенное событие представленное два раза одновременно.
Изменение активности кровотока регистрируется функциональной магнитно-резонансной томографией (ФМРТ). Способ применяется с целью определения локализации артерий, для оценки микроциркуляции центров зрения, речи, движения, коры некоторых других функциональных центров. Особенность картирования – пациента просят выполнять определенные задачи, повышающие активность нужного мозгового центра (читать, писать, разговаривать, двигать ногами).
На заключительной стадии программное обеспечение формирует изображение путем суммации обычных послойных томограмм и картинок мозга с функциональной нагрузкой. Комплекс информации отображает трехмерная модель. Пространственное моделирование позволяет специалистами детально изучить объект.
Вместе с МРТ спектроскопией исследование выявляет все особенности метаболизма патологических образований.
Принципы функциональной МРТ головного мозга
Магнитно-резонансная томография основана на регистрации измененной радиочастоты атомов водорода жидких сред после воздействия сильным магнитным полем. Классическое сканирование показывает мягкотканые компоненты. Для улучшения видимости сосудов проводится внутривенное контрастирование парамагнетиком гадолинием.
Функциональная МРТ регистрирует активность отдельных зон коры мозга за счет учета магнитного эффекта гемоглобина. Вещество после отдачи молекулы кислорода тканям становится парамагнетиком, радиочастоту которого улавливают датчики аппарата. Чем интенсивнее кровоснабжение мозговой паренхимы, тем качественнее сигнал.
Магнетизация ткани дополнительно повышается за счет окисления глюкозы. Вещество необходимо для обеспечения процессов тканевого дыхания нейронов. Изменение магнитной индукции регистрируется датчиками устройства, обрабатывается программным приложением. Высокопольные аппараты создают разрешение высокой степени качества. На томограмме прослеживается детальное изображение деталей диаметром до 0,5 мм диаметром.
Функциональное исследование МРТ регистрирует сигнал не только от базальных ганглиев, поясной коры, таламуса, но и от злокачественных опухолей. Новообразования имеют собственную сосудистую сеть, по которой внутрь образования поступает глюкоза, гемоглобин. Отслеживание сигнала позволяет изучить контуры, диаметр, глубину проникновения опухоли внутрь белого или серого вещества.
Функциональная диагностика МРТ головного мозга требует квалификации врача лучевой диагностики. Разные зоны коры характеризуются различной микроциркуляцией. Насыщение гемоглобином, глюкозой влияет на качество сигнала. Учитывать следует структуру молекулы кислорода, наличие альтернативных заменителей атомов.
Сильное магнитное поле увеличивает период полураспада кислорода. Эффект работает при мощности аппарата более 1,5 Тесла. Более слабые установки нельзя не смогут исследовать функциональную активность мозга.
Метаболическую интенсивность кровоснабжения опухоли лучше определять высокопольным оборудованием мощностью 3 Тесла. Высокое разрешение позволит зарегистрировать небольшой очаг.
Эффективность сигнала научным языком называется «гемодинамическим ответом». Термин применяется для описания скорости нейронных процессов с интервалом 1-2 секунды. Кровоснабжения тканей не всегда достаточно для функциональных исследований. Повышается качество результата дополнительным введением глюкозы. После стимуляции пик насыщения наступает через 5 секунд, когда и проводится сканирование.
Технические особенности функционального исследования МРТ мозга
Функциональная диагностика МРТ основана на повышении активности нейронов после стимуляции мозговой активности путем выполнения человеком определенного задания. Внешний раздражитель вызывает стимуляцию сенсорной или моторной активности определенного центра.
Для отслеживания участка включается режим градиентного эха на основе импульсной эхопланарной последовательности.
Анализ сигнала активной зоны на МРТ делается быстро. Регистрация одной томограммы выполняется на интервале в 100 мс. Диагностика выполняется после стимуляции и в периоде покоя. Программное обеспечение использует томограммы для вычисления очагов нейрональной активности, наложения участков усиленного сигнала на трехмерную модель мозга в покое.
Лечащим врачам данный тип МРТ предоставляет информацию о патофизиологических процессах, которые нельзя отследить другими диагностическими методами. Изучение когнитивных функций необходимо нейропсихологам для дифференцировки психических и психологических заболеваний. Исследование помогает верифицировать эпилептические очаги.
Финальная карта картирования показывает не только участки повышенной функциональной стимуляции. Снимки визуализируют зоны сенсомоторной, слуховой речевой активности вокруг патологического очага.
Построение карт расположения мозговых каналов называется трактографией. Функциональная значимость расположения зрительного, пирамидного тракта перед планированием оперативного вмешательства позволяет нейрохирургам правильно спланировать расположения надрезов.
Что показывает ФМРТ
Высокопольное МРТ с функциональными пробами назначается по показаниям, когда требуется изучить патофизиологические основы функционирования моторных, сенсорных, зрительных, слуховых зон мозговой коры головного мозга. Нейропсихиологи применяют исследование у пациентов с нарушением речи, внимания, памяти, когнитивных функций.
С помощью ФМРТ выявляется ряд заболеваний на начальной стадии – Альцгеймера, Паркинсона, демиелинизацию при рассеянном склерозе.
Функциональная диагностика в разных медицинских центрах выполняется на различных установках. Знает, что показывает МРТ головного мозга , врач-диагност. Консультация специалиста обязательно проводится перед обследованием.
Высокое качество результатов достигается сканированием сильным магнитным полем. Перед выбором медицинского центра рекомендуем узнать тип установленного аппарата. Важна квалификация специалиста, который должен владеть знаниями о функциональной, структурной составляющей головного мозга.
Будущее функциональной диагностики МРТ в медицине
Функциональные исследования недавно внедрены в практическую медицину. Возможности метода использованы недостаточно.
Ученые разрабатывают методики визуализации снов, чтения мыслей с помощью функциональной МРТ. Предполагается использование томографии для выработки метода общения с парализованными людьми.
- Нейронной возбудимости;
- Психической активности;
- Степени насыщения мозговой коры кислородом, глюкозой;
- Количества дезоксилированного гемоглобина в капиллярах;
- Участков расширения кровотока;
- Уровня оксигемоглобина в сосудах.
Достоинства исследования:
- Качественная временная картинка;
- Пространственное разрешение выше 3 мм;
- Возможность изучения мозга до и после стимуляции;
- Безвредность (при сравнении с ПЭТ);
- Отсутствие инвазивности.
Ограничивает массовое использование функционального МРТ головного мозга высокая стоимость оборудования, каждого единичного обследования, невозможность прямого измерения нейрональной активности, нельзя делать пациентам с металлическими включениями в теле (сосудистые клипсы, ушные импланты).
Регистрация функционального метаболизма мозговой коры имеет большое диагностическое значение, но не является точным показателем для динамической оценки изменений головного мозга на фоне лечения, после оперативного вмешательства.