การสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
นักวิจัยกำลังดูภาพ fMRI
นักวิจัยกำลังดูภาพ fMRI

การสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก (อังกฤษ: Functional magnetic resonance imaging หรือ functional MRI) เป็นการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็กวิธีหนึ่งที่วัดการทำงานของสมอง โดยจับความเปลี่ยนแปลงของการเดินโลหิตที่สัมพันธ์กัน[1] เนื่องจากว่า การเดินโลหิตในสมองและการทำงานของเซลล์ประสาทนั้นควบคู่กัน เมื่อเขตหนึ่งในสมองกำลังทำงานอยู่ การเดินโลหิตในเขตนั้นก็เพิ่มขึ้นด้วย

แบบหลักของ fMRI ใช้ค่าความต่างของ BOLD (blood-oxygen-level-dependent)[2] ค้นพบโดย ดร. เซจิ โอกาวา นี่เป็นการตรวจสมองและร่างกายแบบพิเศษเพื่อที่จะสร้างภาพการทำงานของเซลล์ประสาทในสมองหรือในไขสันหลัง ในมนุษย์หรือในสัตว์ โดยจับภาพความแปรเปลี่ยนของการเดินโลหิต (hemodynamic response) เมื่อเทียบกับพลังงานที่เซลล์ประสาทใช้[3] ตั้งแต่ต้นคริสต์ทศวรรษ 1990 fMRI ได้กลายเป็นวิธีหลักในงานวิจัยเกี่ยวกับสมองเพราะว่าเป็นวิธีที่ไม่ต้องใช้ยาฉีด ไม่ต้องใช้ศัลยกรรม ไม่ต้องกินยา และไม่ต้องใช้กัมมันตรังสี[4]

fMRI เป็นเทคนิคที่ใช้ทั้งในงานวิจัยและในการรักษา (แม้ว่าจะใช้น้อยกว่าในการรักษา) สามารถใช้ร่วมกับการตรวจวัดสมองโดยวิธีอื่นๆ เช่น EEG และ NIRS นักวิจัยกำลังค้นหาเทคนิคใหม่ๆ ที่เพิ่มความละเอียดทั้งโดยพื้นที่และโดยกาลเวลา เทคนิคเหล่านั้นมักจะใช้ค่าการวัดอย่างอื่นที่ไม่ใช่ค่า BOLD

คำอธิบายคร่าวๆ[แก้]

การสร้างภาพโดยวิธี fMRI ใช้เทคโนโลยีการสร้างภาพของ MRI ที่มีมาก่อน บวกกับการค้นพบคุณสมบัติของโลหิตที่สมบูรณ์ด้วยออกซิเจน การสร้างภาพสมองด้วย MRI นั้นใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงและคงที่เพื่อที่จะจัดแนวของนิวเคลียสในส่วนของสมองที่ต้องการจะศึกษา หลังจากนั้น สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงยิ่งกว่านั้น คือสนามแม่เหล็กเกรเดียนต์ (gradient field) ก็จะถูกปล่อยเพื่อปรับให้นิวเคลียสเหล่านั้นมีระดับแม่เหล็กที่สูงยิ่งขึ้นไป และนิวเคลียสในแต่ละที่ในสมองก็จะได้รับผลต่างๆ กัน เมื่อสนามแม่เหล็กเกรเดียนต์ถูกระงับ นิวเคลียสเหล่านั้นก็กลับคืนไปสู่ภาวะเดิมอย่างช้าๆ และพลังงานที่นิวเคลียสเหล่านั้นปลดปล่อย ก็จะถูกวัดด้วยขดลวดเพื่อบันทึกตำแหน่งและพิกัดของนิวเคลียสเหล่านั้น ดังนั้น ภาพที่ทำด้วย MRI จึงเป็นภาพนิ่งของโครงสร้างของสมอง ส่วนวิวัฒนาการที่สำคัญของ fMRI ก็คือการขยายสมรรถภาพของ MRI ให้บันทึกความเปลี่ยนแปลงในสมองที่เกิดจากการทำงานของเซลล์ประสาท การตรวจพบความเปลี่ยนแปลงนั้นเป็นไปได้ก็เพราะปฏิกิริยาต่อสนามแม่เหล็กที่ต่างกันระหว่างโลหิตแดง (สมบูรณ์ด้วยออกซิเจน) และโลหิตดำ (ขาดออกซิเจน)[5]

รู้กันมาตั้งแต่คริสต์ทศวรรษ 1890 แล้วว่า ความเปลี่ยนแปลงของการเดินโลหิตและระดับออกซิเจนของโลหิตในสมอง (เรียกรวมๆ กันว่า hemodynamics) มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการทำงานของเซลล์ประสาท[6] เมื่อเซลล์ประสาททำงาน การเดินโลหิตเฉพาะที่ที่ไปสู่สมองเขตนั้นก็เพิ่มขึ้น และโลหิตที่สมบูรณ์ด้วยออกซิเจนก็เข้าไปแทนที่โลหิตที่ขาดออกซิเจนประมาณ ๒ วินาทีหลังจากเซลล์เริ่มทำงาน การเพิ่มขึ้นของการเดินโลหิตนั้นถึงจุดสูงสุดในช่วงเวลา 4-6 วินาที ก่อนที่จะลดลงไปสู่ระดับเดิม (และโดยปกติแล้วจะลดลงไปถึงระดับที่น้อยกว่าระดับเดิม) ส่วนออกซิเจนนั้นถูกขนส่งไปโดยโมเลกุลเฮโมโกลบินในเม็ดเลือดแดง แต่เฮโมโกลบินที่ขาดออกซิเจน (Deoxygenated hemoglobi, ตัวย่อ dHb) นั้นมีระดับแม่เหล็กที่สูงกว่าเฮโมโกลบินที่สมบูรณ์ด้วยออกซิเจน (oxygenated hemoglobin, ตัวย่อ Hb) ที่จริงๆแล้ว ไม่ถูกดึงดูดเพราะสนามเหล็ก (คือมีคุณสมบัติเป็นไดอะแมกเนติก[7]) ความแตกต่างกันนี้ทำให้เกิดสัญญาณแม่เหล็กที่แตกต่างกัน เนื่องจากว่าโลหิตที่เป็นไดอะแมกเนติกเข้าไปรบกวนสนามแม่เหล็กของเครื่อง MRI น้อยกว่า ความแตกต่างนี้ทำให้รู้ถึงตัวเซลล์ประสาทที่กำลังทำงานอยู่ในช่วงเวลาหนึ่ง[8]

หมายเหตุ[แก้]

  1. Huettel, Song & McCarthy (2009)
  2. Huettel, Song & McCarthy (2009, p. 26)
  3. Huettel, Song & McCarthy (2009, p. 26)
  4. Huettel, Song & McCarthy (2009, p. 4)
  5. Huettel, Song & McCarthy (2009, pp. 198–200, 208–211)
  6. Huettel, Song & McCarthy (2009, p. 168); Roy & Sherrington (1890)
  7. ไดอะแมกเนติกเป็นคุณสมบัติของธาตุที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กมีขั้วตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอกที่ธาตุนั้นอยู่ในเขต ไม่เหมือนธาตุที่มีคุณสมบัติเป็นเฟร์โรแมกเนติก ธาตุที่เป็นไดอะแมกเนติกจะไม่เป็นแม่เหล็กอย่างถาวร คือจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กเมื่ออยู่ในเขตของสนามแม่เหล็กภายนอกเท่านั้น สนามแม่เหล็กในธาตุที่เป็นไดอะแมกเนติกโดยมากมีกำลังน้อย ธาตุตัวอย่างก็คือบิสมัทและพลวง
  8. Huettel, Song & McCarthy (2009, pp. 198–200, 208–211)

ดู[แก้]

อ้างอิง[แก้]

"Brain scam?", Nature Neuroscience 7 (7), 2004: 683, doi:10.1038/nn0704-683 
Brammer, M. (2004), "Correspondence: Brain scam?", Nature Neuroscience 7 (10): 1015, doi:10.1038/nn1004-1015 
Bulte, D. (2006), BOLD Physiology (Lecture slides), Center for FMRI of the Brain, University of Oxford, สืบค้นเมื่อ December 31, 2011 
Carr, V. A.; Rissman, J.; Wagner, A. D. (11 February 2010), "Imaging the medial temporal lobe with high-resolution fMRI", Neuron 65: 298, doi:10.1016/j.neuron.2009.12.022 
Devlin, H. (2012), Introduction to fMRI: Clinical and commercial use, The Oxford Centre for Functional MRI of the Brain, University of Oxford, UK, สืบค้นเมื่อ January 1, 2012 
Functional MR Imaging (fMRI) - Brain, American College of Radiology & Radiological Society of North America, May 24, 2011, สืบค้นเมื่อ December 30, 2011 
Huettel, S. A.; Song, A. W.; McCarthy, G. (2009), Functional Magnetic Resonance Imaging (2 ed.), Massachusetts: Sinauer, ISBN 978-0-87893-286-3 
Ilmoniemi, R. J.; Aronen, H. J. (2000), Moonen, C. T. W., and Bandettini, P. A., ed., Medical Radiology: Diagnostic imaging, Functional MRI: Cortical excitability and connectivity reflected in fMRI, MEG, EEG, and TMS, Berlin: Springer, ISBN 3-540-67215-X 
Kim, S. G.; Lee, S. P.; Goodyear, B.; Silva, A. C. (2000), Moonen, C. T. W., and Bandettini, P. A., ed., Medical Radiology: Diagnostic imaging, Functional MRI: Spatial resolution of BOLD and other fMRI techniques, Berlin: Springer, ISBN 3-540-67215-X 
Lindquist, M. A. (2008), "The statistical analysis of fMRI data", Statistical Science 23 (4): 439ֶ4, arXiv:0906.3662, doi:10.1214/09-STS282 
Logothetis, N. K. (June 12, 2008), "What we can do and what we cannot do with fMRI", Nature 453: 869ַ8, doi:10.1038/nature06976 
Lowenberg, K. (October 7, 2008), Neuro-Cola: Neuroscienceӳ ability to measure consumer preference, Stanford Center for Law & the Biosciences Blog, สืบค้นเมื่อ January 1, 2012 
Mehagnoul-Schipper, DJ; van der Kallen, BF; Colier, WNJM; van der Sluijs, MC; van Erning, LJ; Thijssen, HO; Oeseburg, B; Hoefnagels, WH และคณะ, "Simultaneous measurements of cerebral oxygenation changes during brain activation by near-infrared spectroscopy and functional magnetic resonance imaging in healthy young and elderly subjects.", Hum Brain Mapp 16 (1): 14ֲ3, doi:10.1002/hbm.10026 
McClure, S.; Li, J.; Tomlin, D.; Cypert, K. S.; Montague, L. M.; Montague, P. R. (2004), "Neural Correlates of Behavioral Preference for Culturally Familiar Drinks", Neuron 44 (2): 379ֳ87, PMID 15473974, doi:10.1016/j.neuron.2004.09.019 
Miller, G. (2010), "fMRI lie detection fails a legal test", Science 328 (5984): 1336, doi:10.1126/science.328.5984.1336-a 
Narayan, A. (July 20, 2009), The fMRI brain scan: A better lie detector?, Time, สืบค้นเมื่อ January 1, 2012 
Ogawa, S.; Lee, T. M.; Nayak, A. S.; Glynn, P. (1990), "Oxygenation-sensitive contrast in magnetic resonance image of rodent brain at high magnetic fields", Magnetic Resonance in Medicine 14 (1): 68ַ8, PMID 2161986, doi:10.1002/mrm.1910140108 
Ogawa, S.; Sung, Y. (2007), "Functional Magnetic Resonance Imaging", Scholarpedia 2 (10): 3105, doi:10.4249/scholarpedia.3105 
Raichle, M. E. (2000), Toga, A. W., and Mazziotta, J. C., ed., Brain mapping: the systems, London: Academic Press, ISBN 978-0-12-692545-6 
Rombouts, S. A. R. B.; Barkhof, F.; Sheltens, P. (2007), Clinical applications of functional brain MRI, UK: Oxford University Press, ISBN 978-0-19-856629-8 
Roy, C. S.; Sherrington, C. S. (1890), "On the regulation of the blood-supply of the brain", Journal of Physiology 11 (1-2): 85ֱ58, PMC 1514242, PMID 16991945 
Langleben, D.D., et al (2002), "Brain activity during simulated deception: an event-related functional magnetic resonance study.", Neuroimage 15 (3): 727ֳ2, PMC PMID 11848716 Check |pmc= value (help) 
Sahito, Farhan.; Slany, Wolfgang. (2012), "Functional Magnetic Resonance Imaging and the Challenge of Balancing Human Security with State Security", Human Security Perspectives 1 (European Training and Research Centre for Human Rights and Democracy (ETC), Graz, Austria) 2012 (1): 38ֶ6 

อ้างอิง[แก้]

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]