Sådan fungerer funktionel magnetisk resonansbilleddannelse

Magnetic Resonance Imaging (MRI) har givet lægerne muligheden for at få meget gode billeder af hjernens strukturer. En nyere teknik kendt som funktionel MR kan også gå endnu længere ved også indirekte at måle hjerneaktivitet. Mens teknikken for det meste kun bruges i forskningsundersøgelser, bliver det mere almindeligt i den kliniske indstilling.

Du er sandsynligvis stødt på billeder oprettet ved hjælp af funktionel MR på et eller andet tidspunkt. De viser en hjerne med farvede områder, der viser områder af hjernen, der er forbundet med nogle funktioner som sprog eller bevægelse. Disse undersøgelser er meget populære: Hundreder af videnskabelige artikler, der bruger denne teknologi, offentliggøres hver måned, hvoraf mange også nævnes i lægpressen. Men hvordan er disse billeder lavet, og hvad repræsenterer de egentlig?

Matthew Simmons / Stringer / Getty Images

Sådan fungerer funktionel MR

Funktionel MR bruger et specielt signal kaldet blod iltniveauafhængig (FOLD) kontrast. Blod, der strømmer gennem hjernen, transporterer ilt på molekyler kaldet hæmoglobin. Hæmoglobinmolekyler bærer også jern og har derfor et magnetisk signal. Det viser sig, at hæmoglobinmolekyler har forskellige magnetiske egenskaber, når de er bundet til ilt, end når de ikke bærer ilt, og denne lille forskel kan detekteres med en MR-maskine.

Når et område af hjernen er mere aktivt, bruger det oprindeligt meget ilt i blodet. Kort efter udvider hjernen lokale blodkar for at genoprette iltforsyningen. Hjernen kan endda gøre dette job lidt for godt, så mere iltet blod går ind i området end det, der oprindeligt blev brugt. MR-maskinen kan registrere forskellen i signal, der skyldes denne stigning i ilt i blodet.

Så funktionelle MR-undersøgelser ser faktisk ikke direkte på neuronal aktivitet, men ser på, hvordan iltniveauerne i blodet ændres og korrelerer denne aktivitet med nerver, der affyrer. Undersøgelser har vist, at denne antagelse normalt er korrekt, selvom sygdomme som vaskulære misdannelser, tumorer og endda normal aldring kan ændre forholdet mellem neurale aktiviteter og den lokale blodgennemstrømning, der resulterer i BOLD signal.

Hvordan læger bruger funktionel MR

Fordi det er en relativt nyere teknologi, og fordi andre teknikker kan besvare lignende spørgsmål, som fMRI kan, bruges fMRI ikke almindeligt i kliniske eller hospitalsindstillinger. Det kan dog bruges til at hjælpe med at planlægge vigtige hjerneoperationer. For eksempel, hvis en neurokirurg ønsker at fjerne en hjernetumor, der sidder tæt på hjernens sprogcentre, kan de bestille en fMRI-undersøgelse for at hjælpe med at vise nøjagtigt, hvilke områder af hjernen der er involveret i sprog. Dette hjælper neurokirurgen med at undgå at beskadige disse regioner under operation. Den mest almindelige anvendelse af fMRI er dog inden for medicinsk forskning.

Forskningstyper udført ved hjælp af fMRI

Der er to hovedmåder at bruge fMRI til at visualisere hjernens funktion. En metode fokuserer på at finde bestemte områder af hjernen, der reagerer på en opgave eller stimulus. For eksempel kan personen i MR-scanneren få vist et blinkende skakbræt på nogle punkter og andre gange en tom skærm. De kan blive bedt om at trykke på en knap, når de ser det blinkende skakbræt. Signalet under opgaven sammenlignes derefter med signalet, når opgaven ikke udføres, og resultatet bliver et slags billede af, hvilke hjerneområder der var involveret i at se et blinkende skakbræt og derefter trykke på en knap.

Den anden måde, fMRI kan bruges på, er at evaluere neurale netværk. Dette indebærer at finde ud af, hvilke områder af hjernen der taler med hinanden. Hvis et område i hjernen normalt lyser op på samme tid som et andet, kan disse to områder af hjernen være forbundet. Der er ikke engang behov for en opgave for at udføre denne form for undersøgelse. Af denne grund kaldes disse undersøgelser undertiden funktionel magnetisk resonansbilleddannelse i hviletilstand.

Oplysningerne, der kommer fra funktionelle MR-undersøgelser, er meget komplicerede og kræver en masse statistisk analyse for at være meningsfulde. Dette førte oprindeligt til, at mange mennesker mistillidede resultaterne af funktionelle MR-undersøgelser, da det syntes, at der var mange mulige muligheder for fejl i analysen. Da både forskere og korrekturlæsere er blevet mere fortrolige med den nye teknologi, bliver resultaterne imidlertid både mere pålidelige og pålidelige.

Hvad fremtiden rummer

Funktionelle MR-undersøgelser har allerede vist mange forskellige ting om hjernen ud over at bekræfte, hvad vi allerede vidste om neurale veje og lokalisering. Selvom det er svært at sige, om fMRI nogensinde vil blive brugt almindeligt i kliniske omgivelser, gør dens popularitet og effektivitet som forskningsværktøj alene det vigtigt for både læger og lægfolk at have en grundlæggende forståelse af, hvordan dette værktøj fungerer.