Badanie czynnościowe mózgu MR

Co to jest badanie czynnościowe mózgu?

Funkcjonalny magnetyczny rezonans jądrowy mózgu (fMRI – Funcional Mangetic Resonance Imaging)  jest nieinwazyjnym badaniem wykazującym się bardzo wysokim poziomem bezpieczeństwa, pozwalającym na zmierzenie aktywności mózgu. Łączy ze sobą elementy klasycznego badania rezonansem magnetycznym oraz elementy oceny przepływu krwi przez ten narząd.

Różnice pomiędzy tradycyjnym rezonansem a funkcjonalnym rezonansem mózgu

W tradycyjnym MR obraz powstaje poprzez odczytywanie interakcji pomiędzy atomami wodoru zawartymi w wodzie organizmu ludzkiego, a falami silnego pola magnetycznego generowanego przez specjalne urządzenia. W przypadku badania czynnościowego mózgu obraz ten jest dodatkowo modyfikowany przez wzrost przepływu krwi i utlenowania aktywnych okolic kory mózgowej. Wraz ze wzrostem aktywności neuronów (komórek nerwowych) rośnie zużycie przez nie tlenu, a przez to zapotrzebowanie na ten gaz. Powoduje to zwiększony przepływ krwi przez dany obszar. Tlen jest dostarczany do tkanek w postaci związanej z hemoglobiną zawartą w erytrocytach (krwinkach czerwonych) w postaci oksyhemoglobiny.

Po oddaniu tlenu oksyhemoglobina przekształcana jest w w postać odtlenowaną – deoksyhemoglobinę. Oksyhemoglobina oraz deoksyhemoglobina charakteryzują się innymi właściwościami magnetycznymi, przez co powodują nieznaczne zmiany w sposobie oddziaływania fal magnetycznych z danym obszarem mózgu. Zmiany te są następnie rejestrowane przez odpowiednie detektory i pozwalają na ocenę aktywności struktur nerwowych. Tę technikę uzyskiwania obrazu, określającą intensywność sygnału MRI w zależności od stopnia utlenowania krwi, nazwano BOLD (Blood-Oxygen-Level Dependent).

fMRI - od podstaw teoretycznych do czynnościowej oceny mózgu

Podstawy czynnościowych badań mózgu powstały już ponad 100 lat temu, kiedy zauważono zależność między intensywnością metabolizmu tkanek a wielkością przepływu krwi. Jednakże trzeba było czekać cały wiek, zanim to odkrycie zostało wykorzystane w praktyce. Wtedy to, blisko 25 lat temu, japoński fizyk Seiji Ogawa przeprowadził eksperymenty na szczurach z zastosowaniem nowej metody. Dwa lata później inny naukowiec, Kenneth Kwong, jako pierwszy użył techniki BOLD do zbadania mózgu człowieka. Od tamtego czasu diagnostyka czynnościowa mózgu, dzięki swojemu szybkiemu rozwojowi, dostarczyła niezliczonej ilości cennych informacji, w znacznym stopniu przyczyniając się do zrozumienia działania najbardziej skomplikowanego układu człowieka, jakim jest układ nerwowy.

Zastosowanie fMRI

Badania czynnościowe mózgu metodą rezonansu magnetycznego znajdują swoje zastosowanie w  wielu dziedzinach współczesnej medycyny.

Badania kliniczne

W aspekcie klinicznym fMRI używany jest np. do precyzyjnej oceny miejsc w korze mózgu, odpowiedzialnych za tak fundamentalne funkcje układu nerwowego jak czucie, ruchy, mowa czy bardziej złożone czynności, jak np. planowanie. Pozwala to na prawidłowe zaaranżowanie ewentualnych operacji z ominięciem miejsc krytycznych, szczególnie istotnych z neurologicznego punktu widzenia. Co więcej, fMRI daje możliwość oceny skutków wystąpienia urazów, guzów czy udarów w obrębie mózgoczaszki oraz ułatwia rozpoznanie wczesnych stadiów rozwoju patologii mózgu, takich jak np. choroba Alzheimera. W ciągu ostatnich lat prowadzone są również badania z zakresu psychiatrii, oceniające zmiany w funkcjonowaniu neuronów w chorobach psychicznych, np. depresji.

Zastosowanie w neuropsychologii

Mimo wielu zastosowań tej metody w lecznictwie analizy czynnościowe mózgu do tej pory używane były przede wszystkim do zrozumienia działania układu nerwowego u osób zdrowych. Wiele uwagi poświęcono m.in. lokalizacji ośrodków ruchowych, ośrodków pamięci czy ośrodków mowy w obrębie kory mózgowej. Znaczną część testów poświęcono różnicom w strukturze mózgu u osób prawo i leworęcznych. Badano również sferę neuropsychologiczną, sprawdzając jak na aktywność neuronów wpływają takie bodźce jak ból, stres czy też silne emocje – zarówno negatywne, jak i pozytywne.

Niemedyczne zastosowania fMRI

Interesujący jest także fakt, że fMRI znalazł swoje zastosowanie niemedyczne. Jest używany np. przy wykrywaniu kłamstw, dzięki umożliwieniu analizy aktywacji określonych struktur w czasie odpowiedzi na pytania. Ponadto, pewne firmy wykorzystują badania czynnościowe mózgu przy ocenie sposobów podejmowania decyzji przez klientów i procesów emocjonalnych towarzyszących, przykładowo, wybieraniu danego produktu.

Dlaczego fMRI jest tak wyjątkowe?

• Nie wymaga stosowania promieniowania ani kontrastów w większości przypadków.
• Pozwala zobaczyć, jak mózg reaguje na różne zadania w czasie rzeczywistym.
• Dzięki fMRI możliwe jest dokładne zlokalizowanie obszarów odpowiedzialnych za mowę, ruch, pamięć czy emocje.
• Stosowane nie tylko w neurologii i psychiatrii, ale również w badaniach poznawczych, neuropsychologii oraz zastosowaniach niemedycznych, takich jak neuromarketing czy wykrywanie kłamstw.