Визуализация, зависящая от уровня кислорода в крови
Визуализация, зависящая от уровня кислорода в крови , или визуализация с ЖИРНЫМ контрастом — это метод, используемый в функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) для наблюдения за различными областями мозга или другими органами, которые оказываются активными в любой момент времени. [1]
Теория
[ редактировать ]Нейроны не имеют внутренних запасов энергии в виде сахара и кислорода , поэтому их активация вызывает необходимость быстрого поступления большего количества энергии. Благодаря процессу, называемому гемодинамической реакцией , кровь высвобождает кислород к активным нейронам с большей скоростью, чем к неактивным нейронам. Это вызывает изменение относительных уровней оксигемоглобина и дезоксигемоглобина (оксигенированной или деоксигенированной крови ), что можно обнаружить по их дифференциальной магнитной восприимчивости .
В 1990 году три статьи, опубликованные Сейджи Огавой и его коллегами, показали, что гемоглобин имеет разные магнитные свойства в оксигенированной и дезоксигенированной формах (дезоксигенированный гемоглобин является парамагнитным , а оксигенированный гемоглобин — диамагнитным ), оба из которых можно обнаружить с помощью МРТ . [2] Это приводит к изменению магнитного сигнала, которое можно обнаружить с помощью МРТ-сканера. Учитывая множество повторений мысли, действия или опыта, статистические методы могут быть использованы для определения областей мозга, которые в результате достоверно имеют больше этой разницы, и, следовательно, какие области мозга наиболее активны во время этой мысли, действия или опыта. опыт.
Критика и ограничения
[ редактировать ]Хотя в большинстве исследований фМРТ используется ЖИРНАЯ контрастная визуализация в качестве метода определения того, какие части мозга наиболее активны, поскольку сигналы относительны, а не индивидуально количественны, некоторые ставят под сомнение его строгость. Были предприняты попытки использовать другие методы, которые предлагают напрямую измерить нервную активность (например, измерение фракции экстракции кислорода, или OEF, в областях мозга, которая измеряет, какая часть оксигемоглобина в крови была преобразована в дезоксигемоглобин). [3] ), но поскольку электромагнитные поля, создаваемые активным или активным нейроном, настолько слабы, отношение сигнал/шум чрезвычайно низкое, и статистические методы, используемые для извлечения количественных данных, до сих пор в значительной степени не увенчались успехом.
Типичное отбрасывание низкочастотных сигналов при визуализации с BOLD-контрастом было поставлено под сомнение в 1995 году, когда было замечено, что «шум» в области мозга, контролирующей движение правой руки, колебался в унисон с аналогичной активностью в этой области. на противоположной стороне мозга, связанной с движением левой руки. [1] Визуализация с BOLD-контрастом чувствительна только к различиям между двумя состояниями мозга. [4] поэтому для анализа этих коррелирующих колебаний был необходим новый метод, называемый фМРТ в состоянии покоя .
История
[ редактировать ]Доказательство концепции контрастной визуализации, зависящей от уровня кислорода в крови, было предоставлено Сейджи Огавой и его коллегами в 1990 году после эксперимента, который продемонстрировал, что изменение оксигенации крови in vivo можно обнаружить с помощью МРТ. [5] В экспериментах Огавы изображения срезов мозга грызунов, зависящие от уровня кислорода в крови, контрастируют в различных компонентах воздуха. В сильных магнитных полях с помощью последовательности импульсов градиентного эха были измерены магнитно-резонансные изображения водных протонов мозга живых мышей и крыс под наркозом. Эксперименты показали, что при постепенном изменении содержания кислорода в дыхательном газе контраст этих изображений постепенно менялся. Огава предположил и доказал, что основной вклад в это различие вносят оксигемоглобин и дезоксигемоглобин. [6]
Среди других известных пионеров BOLD фМРТ — Кеннет Квонг и его коллеги, которые впервые применили эту технику на людях в 1992 году. [7]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Э. Райхл, Маркус (2010). «Темная энергия мозга». Научный американец . 302 (3): 44–49. Бибкод : 2010SciAm.302c..44R . doi : 10.1038/scientificamerican0310-44 . ПМИД 20184182 .
Сигнал фМРТ обычно называют сигналом, зависящим от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ), поскольку метод визуализации основан на изменениях уровня кислорода в мозге человека, вызванных изменениями кровотока.
- ^ Чжоу, И-хан. «Веха 19: (1990) Функциональная МРТ» . Природа . Проверено 9 августа 2013 г.
- ^ Теория поведения сигнала ЯМР в магнитных полях ... [Magn Reson Med. 1994] - Результат PubMed
- ^ Ланглебен, Дэниел Д. (1 февраля 2008 г.). «Обнаружение обмана с помощью фМРТ: мы уже на месте?» . Юридическая и криминологическая психология . 13 (1): 1–9. дои : 10.1348/135532507X251641 .
- ^ Рэйхл, Мэн (3 февраля 1998 г.). «За кулисами функциональной визуализации мозга: историческая и физиологическая перспектива» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (3): 765–72. Бибкод : 1998PNAS...95..765R . дои : 10.1073/pnas.95.3.765 . ПМК 33796 . ПМИД 9448239 .
Огава и др. смогли продемонстрировать, что изменения оксигенации крови in vivo можно обнаружить с помощью МРТ.
- ^ ОГАВА, СЕЙДЗИ (1990). «Кислородочувствительный контраст на магнитно-резонансном изображении мозга грызунов в сильных магнитных полях». Магнитный резонанс в медицине . 14 (1): 68–78. дои : 10.1002/mrm.1910140108 . ПМИД 2161986 . S2CID 12379024 .
- ^ Рош, Ричард AP; Комминс, Шон; Докри, Пол М. (2009). «Когнитивная нейробиология: введение и историческая перспектива» . В Роше, Ричард А.П.; Комминс, Шон (ред.). Новаторские исследования в области когнитивной нейробиологии . Мейденхед, Беркшир: Издательство Открытого университета Макгроу Хилл. п. 11. ISBN 978-0335233564 .