Вступ до FMRI - відділення клінічних нейронаук Наффілда

Ханна Девлін описує, як працює фМРТ і як він використовується для виявлення роботи мозку. За додаткових внесків Стюарта Клера та Ірен Трейсі.

Історія фМРТ

клінічних

ЯМР є однією з останніх розроблених форм нейровізуалізації, але ідея, що лежить в основі цієї методики - висновок про активність мозку шляхом вимірювання змін у кровотоці - не нова. Наступний опис експерименту, проведеного італійським вченим Анджело Моссо (зліва), можна знайти у Вільяма Джеймса Принципи психології, опубліковано в 1890 р .:

`` Суб'єкт, якого слід спостерігати, лежав на делікатно збалансованому столі, який міг нахилятися вниз або біля голови, або біля стопи, якщо вага будь-якого кінця була збільшена. У той момент, коли емоційна чи інтелектуальна активність у суб'єкта почалася, спад знизився, як результат перерозподілу крові в його системі ... '

Про успіх цього раннього експерименту повідомлялося лише бажанням від імені слідчих. Але припущення, що кровотік поєднується з нервовою діяльністю, було проникливим. У 1890 р. Переважала думка, що оскільки мозок охоплений черепом, місцеве збільшення кровотоку та об'єму буде неможливим. Натомість вважали, що будь-які зміни кровотоку були спричинені системними змінами артеріального тиску або серцевого викиду.

Наприкінці дев'ятнадцятого століття Чарльз С. Рой та Чарльз С. Шеррінгтон подали перші докази, що підтверджують зв'язок між енергетичним метаболізмом та кровотоком у мозку. В їх експериментах на поверхню мозку анестезованих собак було поміщено моніторинговий прилад, який вимірював коливання об’єму крові (кімограф Шеррінгтона Старлінга, ліворуч). Вони показали, що об'єм крові (і, мабуть, потік) змінюється локально в мозку. Однак досі було незрозуміло, чи відповідає за мозок сам мозок.

Лише в 1948 р. Під час первинного експерименту, що вимірював метаболізм кисню та кровотік у мозку, Сеймур Кеті та Карл Шмідт підтвердили, що кровотік у мозку регіонально регулюється самим мозком. Вони продемонстрували, що коли нейрони використовують більше кисню, хімічні сигнали призводять до розширення судин поблизу. Збільшення судинного об’єму призводить до місцевого збільшення кровотоку. На момент цих публікацій Кеті та Шмідт вважалися судинними фізіологами більше, ніж вченими мозку. Проте здатність вимірювати CBF, доведений корелятор метаболізму мозку, відкрила надзвичайну можливість вивчення функції мозку у людей.

Розвиток FMRI в 1990-х роках, який, як правило, приписується Сейджі Огаві та Кену Квонгу, є останнім у довгій лінійці нововведень, включаючи позитронно-емісійну томографію (ПЕТ) та ближню інфрачервону спектроскопію (NIRS), які використовують приплив крові та метаболізм кисню, діяльність мозку. Як техніка візуалізації мозку, FMRI має кілька значних переваг: