Hur funktionell magnetisk resonanstomografi fungerar

Magnetic Resonance Imaging (MRI) har gett läkare förmågan att få mycket bra bilder av hjärnans strukturer. En nyare teknik som kallas funktionell MR kan gå ännu längre genom att också indirekt mäta hjärnaktivitet. Medan tekniken oftast endast används i forskningsstudier, blir den vanligare i klinisk miljö.

Du har antagligen stött på bilder som skapats med funktionell MR någon gång. De visar en hjärna med färgade områden som visar områden i hjärnan associerade med någon funktion som språk eller rörelse. Dessa studier är mycket populära: Hundratals vetenskapliga artiklar som använder denna teknik publiceras varje månad, varav många också nämns i lekpressen. Men hur är dessa bilder gjorda, och vad representerar de egentligen?

Matthew Simmons / Stringer / Getty Images

Hur funktionell MR fungerar

Funktionell MR använder en speciell signal som kallas BOLD-kontrast. Blod som strömmar genom hjärnan transporterar syre på molekyler som kallas hemoglobin. Hemoglobinmolekyler bär också järn och har därför en magnetisk signal. Det visar sig att hemoglobinmolekyler har olika magnetiska egenskaper när de är fästa till syre än när de inte bär syre, och denna lilla skillnad kan detekteras med en MR-maskin.

När ett område i hjärnan är mer aktivt använder det ursprungligen mycket syre i blodet. Kort därefter utvidgar hjärnan lokala blodkärl för att återställa syretillförseln. Hjärnan kan till och med göra det här jobbet lite för bra så att mer syresatt blod går in i området än vad som ursprungligen användes. MR-maskinen kan upptäcka skillnaden i signal som härrör från ökningen av syre i blodet.

Så funktionella MR-studier tittar faktiskt inte på neuronal aktivitet direkt utan på hur syrgasnivåerna i blodet förändras och korrelerar denna aktivitet till nerver som skjuter. Studier har visat att detta antagande vanligtvis är korrekt, även om sjukdomar som kärlmissbildningar, tumörer och till och med normal åldring kan förändra förhållandet mellan neural aktivitet och det lokala blodflödet som resulterar i FETT signal.

Hur läkare använder funktionell MR

Eftersom det är en relativt nyare teknik och eftersom andra tekniker kan svara på liknande frågor som fMRI kan, används inte fMRI ofta i kliniska eller sjukhusmiljöer. Men det kan användas för att planera viktiga hjärnoperationer. Till exempel, om en neurokirurg vill ta bort en hjärntumör som sitter nära hjärnans språkcenter, kan de beställa en fMRI-studie för att visa exakt vilka delar av hjärnan som är inblandade i språket. Detta hjälper neurokirurgen att undvika att skada dessa regioner under operationen. Den vanligaste användningen av fMRI är dock inom medicinsk forskning.

Typer av forskning gjort med fMRI

Det finns två huvudsakliga sätt att använda fMRI för att visualisera hjärnans funktion. En metod fokuserar på att hitta specifika områden i hjärnan som svarar på någon uppgift eller stimulans. Till exempel kan personen i MR-skannern visas en blinkande schackbräda vid vissa tillfällen och andra gånger en tom skärm. De kan bli ombedd att trycka på en knapp när de ser den blinkande schackrutan. Signalen under uppgiften jämförs sedan med signalen när uppgiften inte görs, och resultatet blir en slags bild av vilka hjärnregioner som var inblandade i att se ett blinkande schackbräde och sedan trycka på en knapp.

Det andra sättet som fMRI kan användas är att utvärdera neurala nätverk. Detta innebär att ta reda på vilka delar av hjärnan som pratar med varandra. Om ett område i hjärnan vanligtvis tänds samtidigt som ett annat kan dessa två områden i hjärnan vara anslutna. Ingen uppgift kan till och med behövas för att göra denna typ av studier. Av denna anledning kallas dessa studier ibland vilande tillståndsfunktionell magnetisk resonanstomografi.

Informationen som kommer från funktionella MR-studier är mycket komplicerad och kräver mycket statistisk analys för att vara meningsfull. Detta fick initialt många människor att misstro resultaten av funktionella MR-studier, eftersom det verkade finnas många möjliga möjligheter till fel i analysen. Eftersom både forskare och granskare har blivit mer bekanta med den nya tekniken blir resultaten både mer pålitliga och pålitliga.

Vad framtiden har att erbjuda

Funktionella MR-studier har redan visat många olika saker om hjärnan, förutom att bekräfta vad vi redan visste om nervvägar och lokalisering. Även om det är svårt att säga om fMRI någonsin kommer att användas vanligtvis i en klinisk miljö, är dess popularitet och effektivitet som ett forskningsverktyg ensamt viktigt för både läkare och lekmän att ha en grundläggande förståelse för hur detta verktyg fungerar.