Pencitraan resonansi magnetik fungsional

Itu pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI) adalah metode tomografi resonansi magnetik untuk representasi visual dari perubahan fisiologis dalam tubuh. Ini didasarkan pada prinsip fisik resonansi magnetis nuklir. Dalam arti yang lebih sempit, istilah ini digunakan sehubungan dengan pemeriksaan area otak yang diaktifkan.

Apa itu pencitraan resonansi magnetik fungsional?

Berdasarkan tomografi resonansi magnetik (MRT), fisikawan Kenneth Kwong mengembangkan tomografi resonansi magnetik fungsional (fMRI) untuk memvisualisasikan perubahan aktivitas di area otak yang berbeda. Metode ini mengukur perubahan aliran darah otak yang terkait dengan perubahan aktivitas di area otak yang sesuai melalui sambungan neurovaskular.

Metode ini menggunakan lingkungan kimiawi yang berbeda dari inti hidrogen yang diukur dalam hemoglobin darah yang miskin oksigen dan kaya oksigen. Hemoglobin teroksigenasi (oxyhemoglobin) bersifat diamagnetik, sedangkan hemoglobin bebas oksigen (deoxyhemoglobin) memiliki sifat paramagnetik. Perbedaan sifat magnetik darah juga disebut sebagai efek BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent Effect). Proses fungsional di otak direkam dalam bentuk serangkaian gambar penampang.

Dengan cara ini, perubahan aktivitas di area otak individu dapat diperiksa dengan menggunakan tugas khusus pada subjek tes. Metode ini awalnya digunakan untuk penelitian dasar untuk membandingkan pola aktivitas pada orang yang mengontrol kesehatan dengan aktivitas otak orang dengan gangguan mental. Dalam arti yang lebih luas, istilah tomografi resonansi magnetik fungsional juga mencakup tomografi resonansi magnetik kinematik, yang menggambarkan representasi bergerak dari berbagai organ.

Fungsi, efek & tujuan

Pencitraan resonansi magnetik fungsional merupakan pengembangan lebih lanjut dari magnetic resonance imaging (MRT). Dengan MRI klasik, gambar statis dari organ dan jaringan terkait ditampilkan, sementara fMRI menunjukkan perubahan aktivitas di otak melalui gambar tiga dimensi saat aktivitas tertentu dilakukan.

Dengan bantuan prosedur non-invasif ini, otak dapat diamati dalam berbagai situasi. Seperti pada MRI klasik, dasar fisik pengukuran awalnya didasarkan pada resonansi magnetik inti. Dengan menerapkan medan magnet statis, putaran proton hemoglobin sejajar secara longitudinal. Medan bolak frekuensi tinggi yang diterapkan secara melintang ke arah magnetisasi ini memastikan defleksi melintang magnetisasi ke medan statis hingga resonansi (frekuensi Lamor). Jika medan frekuensi tinggi dimatikan, dibutuhkan waktu tertentu saat melepaskan energi hingga magnetisasi menyesuaikan diri di sepanjang medan statis.

Waktu relaksasi ini diukur. Dalam fMRI, fakta bahwa deoksihemoglobin dan oksihemoglobin dimagnetisasi secara berbeda dieksploitasi. Ini menghasilkan nilai terukur yang berbeda untuk kedua bentuk, yang dapat dikaitkan dengan pengaruh oksigen. Namun, karena rasio oksihemoglobin dan deoksihemoglobin terus berubah selama proses fisiologis di otak, perekaman serial dilakukan sebagai bagian dari fMRI, yang mencatat perubahan tersebut kapan saja. Dengan cara ini, aktivitas sel saraf dapat ditampilkan dengan presisi milimeter dalam jendela waktu beberapa detik. Lokasi aktivitas saraf ditentukan secara eksperimental dengan mengukur sinyal resonansi magnetik pada dua titik waktu yang berbeda.

Pertama, pengukuran dilakukan dalam keadaan istirahat dan kemudian dalam keadaan tereksitasi. Kemudian perbandingan rekaman dilakukan dalam prosedur uji statistik dan perbedaan yang signifikan secara statistik ditentukan secara spasial. Untuk tujuan eksperimental, stimulus dapat disajikan kepada penguji beberapa kali. Ini biasanya berarti bahwa tugas diulang berkali-kali. Perbedaan perbandingan data dari fase stimulus dengan hasil pengukuran dari fase istirahat dihitung dan kemudian direpresentasikan secara grafis. Dengan prosedur ini dimungkinkan untuk menentukan area otak mana yang aktif di mana aktivitas. Selain itu, perbedaan antara area otak tertentu dalam penyakit psikologis dan otak yang sehat dapat ditentukan.

Selain penelitian dasar yang memberikan wawasan penting dalam diagnosis penyakit psikologis, metode ini juga digunakan secara langsung dalam praktik klinis. Area klinis utama penerapan fMRI adalah lokalisasi area otak yang relevan dengan bahasa saat mempersiapkan operasi untuk tumor otak. Ini untuk memastikan bahwa area ini sebagian besar terselamatkan selama operasi. Area klinis lain dari penerapan pencitraan resonansi magnetik fungsional berhubungan dengan penilaian pasien dengan gangguan kesadaran, seperti koma, keadaan vegetatif atau MCS (keadaan kesadaran minimal).

Resiko, efek samping & bahaya

Meskipun keberhasilan besar dari tomografi resonansi magnetik fungsional, metode ini juga harus dilihat secara kritis dalam hal nilai informatifnya. Dimungkinkan untuk menentukan hubungan penting antara aktivitas tertentu dan aktivasi area otak yang sesuai. Pentingnya area otak tertentu untuk penyakit psikologis juga menjadi lebih jelas.

Namun, hanya perubahan konsentrasi oksigen hemoglobin yang diukur di sini. Karena proses ini dapat dilokalisasi ke area tertentu di otak, diasumsikan bahwa area otak ini juga diaktifkan karena kopling neurovaskular. Jadi otak tidak bisa diamati secara langsung saat berpikir. Perlu dicatat bahwa perubahan aliran darah terjadi hanya setelah periode laten beberapa detik setelah aktivitas saraf. Oleh karena itu, penugasan langsung terkadang sulit. Keuntungan fMRI dibandingkan metode pemeriksaan neurologis non-invasif lainnya adalah lokalisasi spasial aktivitas yang jauh lebih baik.

Namun, resolusi temporal jauh lebih rendah. Penentuan aktivitas neuronal secara tidak langsung melalui pengukuran aliran darah dan oksigenasi hemoglobin juga menciptakan ketidakpastian tertentu. Diasumsikan periode latensi lebih dari empat detik. Masih harus diselidiki apakah aktivitas saraf yang dapat diandalkan dapat diasumsikan dengan rangsangan yang lebih pendek. Namun demikian, terdapat juga batasan penerapan teknis tomografi resonansi magnetik fungsional, yang antara lain didasarkan pada fakta bahwa efek BOLD tidak hanya dihasilkan oleh pembuluh darah, tetapi juga oleh jaringan sel yang berdekatan dengan pembuluh darah.