تصویر برداری مغز یا FMRI (اف ام آر آی) نوعی تکنیک تصویر برداری پزشکی برای بررسی عملکرد مغز در طول وظایف و فعالیت های متفاوت است که بر اساس اصل تغییر جریان خون در ناحیه های فعال مغز کار می کند و به وسیله تشدید ناحیه های مغناطیسی مغز، تصاویری از فعالیت مغزی را ایجاد می کند. FMRI (اف ام آر آی) نوعی روش تشخیصی برای بررسی عملکرد مغز و مشاهده بخش های سالم، بیمار یا آسیب دیده است. کلینیک دکتر مهدی صابر، بهترین مرکز درمان مشکلات مغزی در تهران، با بررسی دقیق تصویر برداری مغز و انسفالوگرافی، بهترین نوع توانبخشی را بسته به نوع اسیب مغزی در فرد انتخاب و ارائه می دهد.
چگونه FMRI کار می‌کند؟ از BOLD تا نقشه عملکرد مغز
در این بخش توضیح داده میشود که fMRI بیشتر بر اساس تکنیک BOLD (Blood‑Oxygenation‑Level‑Dependent) عمل می‌کند؛ یعنی تغییرات سطح اکسیژن خون در نواحی فعال مغز ثبت میشود و سیگنال مغناطیسی مرتبط با هموگلوبین اکسیژنه و دئوکسینه تحلیل میشود
سپس به جزئیات فرآیند می‌پردازیم: افزایش فعالیت نورون‌ها، نیاز به اکسیژن بیشتر، و در نتیجه افزایش جریان خون موضعی که توسط اسکن MRI تشخیص داده میشود. این داده‌ها، پس از میانگین‌گیری و تحلیل‌های آماری (مثلاً مدل خطی عمومی GLM) به نقشه‌های رنگی فعالیت مغزی تبدیل می‌شوند.
همچنین قید میشود قابلیت تفکیک فضایی دقیق (در حد میلی‌متر) وجود دارد، هرچند تفکیک زمانی محدود به چند ثانیه است و برای تغییرات سریع عملکرد مغز مناسب نیست.
تصویربرداری تشدید مغناطیسی مغز
هدف تمامی روش های تصویر برداری مغز، نمایش نواحی فعّال مغز در هنگام ارائه برخی از محرّک ها یا شرایط است. تصویر برداری مغز یا تشدید مغناطیسی عملکردی FMRI (اف ام آر آی) این کار را از طریق جستجوی تغییرات جزئی در جریان خون و ترکیب خون با اکسیژن که در پاسخ به فعالیت عصبی اتّفاق می افتد، انجام می دهد. منطق این روش این است که، زمانی که یک ناحیه خاص مغز به صورت لحظه ای فعّال است، مثلاً در طول یک محاسبه ریاضی، آن ناحیه اکسیژن بیشتری مصرف می کند و برای تأمین آن جریان خون ناحیه فعّال افزایش می یابد. اساس FMRI (اف ام آر آی) یا تصویر برداری مغز، افزایش در سطح اکسیژن خون در نواحی فعّال مغز است. اثری که این روش به کار می برد، «اثر وابسته به سطح اکسیژن خون» نامیده می شود.
فعالیت نرون ها در FMRI (اف ام آر آی)
زمانی که ما درگیر یک تکلیف شناختی، مانند محاسبه هستیم، فعالیت نرون ها در مقایسه با حالت استراحت افزایش می یابد. از این رو متابولیسم آن ها نیز افزایش می یابد و فعالیت متابولیک افزایش یافته از طریق افزایش جریان خون ناحیه ای مغز حمایت می شود. از این رو برای یک ناحیه مغز، ایجاد اکسیژن بیش تر از مصرف آن است. خون اکسیژن دار اضافی در نواحی فعّال مغز، هموگلوبین بدون اکسیژن را در مویرگ ها و ورید های کوچک جاری می سازد و در ناحیه فعّال مقدار زیادی هموگلوبین اکسیژن دار و مقدار کمی هموگلوبین بدون اکسیژن وجود دارد. هموگلوبین بدون اکسیژن در مقایسه با هموگلوبین اکسیژن دار دارای ویژگی های متفاوت مغناطیسی است. مولکول های هموگلوبین بدون اکسیژن در حضور یک میدان مغناطیسی، همانند میدان ایجاد شده در ام آر آی یا FMRI (اف ام آر آی)، مانند آهن‌ربا های کوچک عمل می کنند و باعث آشفتگی میدان مغناطیسی می شوند. از آن جایی که یک کاهش نسبی در خون بدون اکسیژن وجود دارد، آشفتگی کم تری در میدان مغناطیسی ایجاد می شود و درنتیجه، حدود 3-2 ثانیه طول می کشد تا «اثر وابسته به سطح اکسیژن خون» به بالای خط مبنا افزایش یابد و پس از 6-4 ثانیه به میزان بیشینه برسد. اثر وابسته به سطح اکسیژن خون معادل نسبت هموگلوبین اکسیژن دار به هموگلوبین بدون اکسیژن است.
ارزیابی تصویر برداری مغز
محفظه استوانه ای تصویر برداری مغز، یک آهن‌ربای الکتریکی بسیار قوی است. فرد در درون این محفظه بدون هیچ حرکتی قرار می گیرد تا داده های تصویری ناشی از «اثر وابسته به سطح اکسیژن خون» ثبت گردد. تصویر برداری مغز یک روش نسبتاً جدید است که در حال حاضر به صورت گسترده برای تحقیقات استفاده می شود. این روش تغییر در اکسیژن رسانی و حجم خون در نواحی مختلف مغز را تعیین می کند. روش FMRI (اف ام آر آی) یکی از پیشرفته‌ترین تکنیک های در دسترس برای اندازه گیری عملکرد مغز از طریق رهگیری تغییرات جریان خون مغز در طول فعالیت است. این تکنیک غیر تهاجمی به محقّق امکان جستجوی رابطه بین فعالیت متابولیکی در نواحی مختلف مغز را در طی تکالیف شناختی فراهم می کند که به وسیله آن می توان نواحی قشری درگیر در فعالیت های مختلف را تعیین کرد. به عنوان مثال، در مطالعات کودکان دارای اختلال نقص توجّه ـ بیش فعّالی، هنگامی که از کودک مهار پاسخ خواسته می شود، فعالیت کمتری در بخش خلفی ـ جانبی قشر پیشانی در مقایسه با کودکان گروه کنترل دیده می شود. تصویربرداری مغز اجازه می دهد که تصاویر مغزی از کودکان تهیه شده و تأثیر درمان بر روی تحوّل مغز ارزیابی گردد. این ارزیابی ها امکان کشف ضایعات عصبی و مداخلات زود هنگام را قبل از شروع مشکلات رفتاری سن مدرسه فراهم می سازد.
مزایا و محدودیت‌های FMRI چیست؟ مقایسه با EEG و PET
مزایای اصلی FMRI شامل: غیرتهاجمی بودن، بدون اشعه یونیزان، ارائه تفکیک فضایی بالا (میلی‌متری) و عدم نیاز به تزریق مواد رادیواکتیو است . از سوی دیگر محدودیت‌هایی دارد: تفکیک زمانی محدود (چند ثانیه)، هزینه بالا، نیاز به همکاری بیمار و ممنوعیت در افراد با ایمپلنت فلزی یا پزشکی خاص. همچنین یک بخش مقایسه‌ای با EEG (زمانی دقیق، مکانی کم) و PET (تزریق رادیودارو، پرتودهی، دسترسی کمتر) ارائه می‌کند و توضیح می‌دهد چرا fMRI در موارد خاص پژوهشی برتری دارد.
در انتها به تلاش‌های تحقیقاتی برای بهبود تفکیک زمانی و استفاده از روش‌های جایگزین مثل arterial spin labeling یا تحلیل دفیوژن اشاره میشود.
کاربردهای بالینی FMRI: از جراحی تا برنامه‌ریزی درمانی
در این بخش کاربردهای اصلی گِردآوری شده‌اند: مهم‌ترین کاربرد بالینی FMRI، نقشه‌برداری عملکردی مغز پیش از جراحی‌های مغزی است تا نواحی حیاتی مانند گفتار، حرکت و زبان آسیب نبینند.
اف‌ام‌آرآی همچنین در ارزیابی تومورها، سکته مغزی، اختلالات عصبی مثل صرع و بیماری‌های دژنراتیو مانند آلزایمر مفید است. علاوه بر این، از fMRI برای پایش پاسخ بیماران به درمان‌های روانپزشکی و نورولوژیک نیز استفاده میشود و می‌تواند تأثیر دارو یا تحریکات عصبی را روی مناطق مغزی بررسی کند .
یک بخش جداگانه به کاربرد در روان‌شناسی شناختی، مثل مطالعات حافظه، توجه، زبان و شناخت اجتماعی اشاره دارد.
سوالات متداول:
1- FMRI بر چه اساسی فعالیت مغز را اندازه میگیرد؟
بر اساس تأثیر BOLD؛ افزایش اکسیژن مصرفی نورونهای فعال باعث تغییر سیگنال مغناطیسی خون میشود
2-برای انجام FMRI چه آمادگی‌هایی لازم است؟
حذف فلزات، نداشتن ایمپلنت نامناسب، پوشیدن لباس راحت، و عدم مصرف کافئین توصیه میشود