Κατανόηση της λειτουργικής νευροαπεικόνισης
Η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI) έδωσε στους γιατρούς την ικανότητα να αποκτούν πολύ καλές εικόνες των δομών του εγκεφάλου. Μια νεώτερη τεχνική γνωστή ως λειτουργική μαγνητική τομογραφία μπορεί να προχωρήσει ακόμη περισσότερο με έμμεση μέτρηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Ενώ οι περισσότερες φορές η τεχνική χρησιμοποιείται μόνο σε ερευνητικές μελέτες, γίνεται όλο και πιο συχνή στο κλινικό περιβάλλον.
Κατά πάσα πιθανότητα συναντήσατε εικόνες που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας λειτουργική μαγνητική τομογραφία σε κάποιο σημείο.
Δείχνουν έναν εγκέφαλο με έγχρωμες περιοχές που απεικονίζουν περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονται με κάποια λειτουργία όπως γλώσσα ή κίνηση. Αυτές οι μελέτες είναι πολύ δημοφιλείς: Εκατοντάδες επιστημονικά άρθρα που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία εκδίδονται κάθε μήνα, πολλά από τα οποία αναφέρονται επίσης στον τύπο. Αλλά πώς γίνονται αυτές οι εικόνες και τι αντιπροσωπεύουν στην πραγματικότητα;
Πώς λειτουργεί η λειτουργική μαγνητική τομογραφία
Η λειτουργική μαγνητική τομογραφία χρησιμοποιεί ένα ειδικό σήμα που ονομάζεται αντίθετη από το επίπεδο οξυγόνου αίματος (BOLD). Το αίμα που ρέει μέσα από τον εγκέφαλο μεταφέρει οξυγόνο στα μόρια που ονομάζεται αιμοσφαιρίνη . Τα μόρια αιμοσφαιρίνης φέρουν επίσης σίδηρο και επομένως έχουν μαγνητικό σήμα. Αποδεικνύεται ότι τα μόρια αιμοσφαιρίνης έχουν διαφορετικές μαγνητικές ιδιότητες όταν συνδέονται με το οξυγόνο παρά όταν δεν μεταφέρουν οξυγόνο και αυτή η μικρή διαφορά μπορεί να ανιχνευθεί με μηχανή μαγνητικής απεικόνισης.
Όταν μια περιοχή του εγκεφάλου είναι πιο ενεργή, χρησιμοποιεί αρχικά πολύ οξυγόνο στο αίμα.
Λίγο αργότερα, ο εγκέφαλος διαστέλλει τα τοπικά αιμοφόρα αγγεία για να αποκαταστήσει την παροχή οξυγόνου. Ο εγκέφαλος μπορεί ακόμη και να κάνει αυτή τη δουλειά λίγο πολύ καλά, έτσι ώστε περισσότερο οξυγονωμένο αίμα να εισέλθει στην περιοχή από ό, τι αρχικά χρησιμοποιήθηκε. Το μηχάνημα μαγνητικής τομογραφίας μπορεί να ανιχνεύσει τη διαφορά σήματος που προκύπτει από αυτή την αύξηση του οξυγόνου του αίματος.
Επομένως, οι λειτουργικές μελέτες μαγνητικής τομογραφίας δεν εξετάζουν άμεσα την νευρωνική δραστηριότητα άμεσα, αλλά εξετάζουν το πώς μεταβάλλονται τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα και συσχετίζουν αυτή τη δραστηριότητα με την πυρκαγιά των νεύρων. Μελέτες έχουν δείξει ότι αυτή η υπόθεση είναι συνήθως σωστή, αν και ασθένειες όπως οι αγγειακές δυσπλασίες, οι όγκοι και ακόμη και η φυσιολογική γήρανση μπορούν να αλλάξουν τη σχέση μεταξύ της νευρικής δραστηριότητας και της τοπικής ροής αίματος που οδηγεί στο σήμα BOLD.
Πώς μπορούν οι γιατροί να χρησιμοποιήσουν λειτουργική μαγνητική τομογραφία;
Επειδή πρόκειται για σχετικά νεότερη τεχνολογία και επειδή άλλες τεχνικές μπορούν να απαντήσουν σε παρόμοιες ερωτήσεις που μπορεί να κάνει η fMRI, η fMRI δεν χρησιμοποιείται συνήθως σε κλινικές ή νοσοκομειακές ρυθμίσεις. Ωστόσο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σχεδιάσει σημαντικές χειρουργικές επεμβάσεις στον εγκέφαλο. Για παράδειγμα, εάν ένας νευροχειρουργός θέλει να αφαιρέσει έναν όγκο στον εγκέφαλο που βρίσκεται κοντά στα γλωσσικά κέντρα του εγκεφάλου, μπορεί να διατάξει μια μελέτη fMRI για να δείξει ακριβώς ποιες περιοχές του εγκεφάλου σχετίζονται με τη γλώσσα. Αυτό βοηθά τον νευροχειρουργό να αποφύγει την καταστροφή αυτών των περιοχών κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης. Ωστόσο, η συνηθέστερη χρήση του fMRI είναι στην ιατρική έρευνα.
Τι είδους Έρευνα γίνεται με τη χρήση fMRI;
Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι χρήσης της fMRI για την απεικόνιση της λειτουργίας του εγκεφάλου. Μια μέθοδος επικεντρώνεται στην εξεύρεση συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου που ανταποκρίνονται σε κάποια εργασία ή ερέθισμα.
Για παράδειγμα, το άτομο στον σαρωτή μαγνητικής τομογραφίας μπορεί να εμφανιστεί σε κάποια σημεία και σε άλλες φορές σε κενή οθόνη. Μπορεί να τους ζητηθεί να σπρώξουν ένα κουμπί κάθε φορά που βλέπουν το αναβοσβήνει σκακιέρα. Το σήμα κατά τη διάρκεια της εργασίας θα συγκριθεί τότε με το σήμα όταν δεν γίνεται η εργασία και το αποτέλεσμα θα είναι ένα είδος εικόνας για τις περιοχές του εγκεφάλου που εμπλέκονται με την εμφάνιση ενός αναβοσβήνιου σκακιέρας και μετά με το πάτημα ενός κουμπιού.
Ο άλλος τρόπος fMRI που μπορεί να χρησιμοποιηθεί είναι να αξιολογήσει τα νευρωνικά δίκτυα. Αυτό περιλαμβάνει τον προσδιορισμό των περιοχών του εγκεφάλου που μιλάνε μεταξύ τους. Εάν μια περιοχή του εγκεφάλου συνήθως ανάβει ταυτόχρονα με μια άλλη, αυτές οι δύο περιοχές του εγκεφάλου μπορεί να συνδεθούν.
Καμία εργασία δεν μπορεί να χρειαστεί καν για να γίνει κάτι τέτοιο. Για το λόγο αυτό, οι μελέτες αυτές αποκαλούνται μερικές φορές ως λειτουργική απεικόνιση λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας.
Οι πληροφορίες που προέρχονται από λειτουργικές μελέτες μαγνητικής τομογραφίας είναι πολύ περίπλοκες και απαιτούν πολλές στατιστικές αναλύσεις για να έχουν νόημα. Αυτό αρχικά οδήγησε πολλούς ανθρώπους να δυσπιστούν στα αποτελέσματα των λειτουργικών μελετών MRI, καθώς φαινόταν ότι υπήρχαν πολλές πιθανές πιθανότητες σφάλματος στην ανάλυση. Ωστόσο, καθώς οι ερευνητές και οι κριτές έχουν εξοικειωθεί περισσότερο με τη νέα τεχνολογία, τα αποτελέσματα γίνονται όλο και πιο αξιόπιστα και αξιόπιστα.
Τι σημαίνει το μέλλον για τη λειτουργική μαγνητική τομογραφία;
Οι λειτουργικές μελέτες μαγνητικής τομογραφίας έχουν ήδη δείξει πολλά διαφορετικά πράγματα για τον εγκέφαλο, εκτός από την επιβεβαίωση όσων γνωρίζαμε ήδη για τις νευρικές οδούς και τον εντοπισμό. Ενώ είναι δύσκολο να πούμε εάν το fMRI θα χρησιμοποιηθεί ποτέ σε κλινικό περιβάλλον, η δημοτικότητα και η αποτελεσματικότητά του ως ερευνητικού εργαλείου από μόνο του καθιστούν σημαντικό τόσο για τους γιατρούς όσο και για τους λαϊκούς να έχουν μια βασική κατανόηση για το πώς λειτουργεί αυτό το εργαλείο.
Πηγές:
Pressman P, Gitelman D. Λειτουργική MRI: Ένα αστάρι για τους κατοίκους της νευρολογίας. Νευρολογία 2012 06 Μαρτίου, 78 (10) e68-e71
Faro SH, Mohamed FB, Haughton V. Λειτουργική MRI: Βασικές Αρχές και Κλινικές Εφαρμογές: Oxford Univrsity Press, ΗΠΑ, 2006.