การสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก

นักวิจัยกำลังดูภาพ fMRI

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

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

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

คำอธิบายคร่าวๆ

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)

รู้กันมาตั้งแต่คริสต์ทศวรรษ 1890 แล้วว่า ความเปลี่ยนแปลงของการเดินโลหิตและระดับออกซิเจนของโลหิตในสมอง (เรียกรวมๆ กันว่า hemodynamics) มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการทำงานของเซลล์ประสาท 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) ความแตกต่างกันนี้ทำให้เกิดสัญญาณแม่เหล็กที่แตกต่างกัน เนื่องจากว่าโลหิตที่เป็นไดอะแมกเนติกเข้าไปรบกวนสนามแม่เหล็กของเครื่อง MRI น้อยกว่า ความแตกต่างนี้ทำให้รู้ถึงตัวเซลล์ประสาทที่กำลังทำงานอยู่ในช่วงเวลาหนึ่ง

ดู

• การตรวจเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์ (CT Scan, CAT Scan)

อ้างอิง

• "Brain scam?", Nature Neuroscience, 7 (7): 683, 2004, doi:10.1038/nn0704-683, PMID 15220922
• Brammer, M. (2004), "Correspondence: Brain scam?", Nature Neuroscience, 7 (10): 1015, doi:10.1038/nn1004-1015, PMID 15452565, S2CID 5158938
• Bulte, D. (2006), BOLD Physiology (Lecture slides) (PDF), Center for FMRI of the Brain, University of Oxford, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ May 24, 2012, สืบค้นเมื่อ December 31, 2011
• Carr, Valerie A.; Rissman, Jesse; Wagner, Anthony D. (February 2010). "Imaging the Human Medial Temporal Lobe with High-Resolution fMRI". Neuron. 65 (3): 298–308. doi:10.1016/j.neuron.2009.12.022. PMC 2844113. PMID 20159444.
• Devlin, H. (2012), Introduction to fMRI: Clinical and commercial use, The Oxford Centre for Functional MRI of the Brain, University of Oxford, UK, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ December 7, 2011, 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.; Bandettini, P. A. (บ.ก.), Medical Radiology: Diagnostic imaging, Functional MRI: Cortical excitability and connectivity reflected in fMRI, MEG, EEG, and TMS, Medical Radiology, Berlin: Springer, pp. 453–463, doi:10.1007/978-3-642-58716-0_37, ISBN 978-3-540-67215-9
• Kim, S. G.; Lee, S. P.; Goodyear, B.; Silva, A. C. (2000), Moonen, C. T. W.; Bandettini, P. A. (บ.ก.), Medical Radiology: Diagnostic imaging, Functional MRI: Spatial resolution of BOLD and other fMRI techniques, Medical Radiology, Berlin: Springer, pp. 195–203, doi:10.1007/978-3-642-58716-0_18, ISBN 978-3-540-67215-9
• Lindquist, M. A. (2008), "The statistical analysis of fMRI data", Statistical Science, 23 (4): 439–64, arXiv:0906.3662, doi:10.1214/09-STS282, S2CID 14221210
• Logothetis, N. K. (June 12, 2008), "What we can do and what we cannot do with fMRI", Nature, 453 (7197): 869–78, Bibcode:2008Natur.453..869L, doi:10.1038/nature06976, PMID 18548064, S2CID 4403097
• Lowenberg, K. (October 7, 2008), Neuro-Cola: Neuroscience's ability to measure consumer preference, Stanford Center for Law & the Biosciences Blog, สืบค้นเมื่อ January 1, 2012
• 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): 379–387, doi:10.1016/j.neuron.2004.09.019, PMID 15473974, S2CID 15015392
• Miller, G. (2010), "fMRI lie detection fails a legal test", Science, 328 (5984): 1336–1337, Bibcode:2010Sci...328.1336M, doi:10.1126/science.328.5984.1336-a, PMID 20538919
• Narayan, A. (July 20, 2009), "The fMRI brain scan: A better lie detector?", Time, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ August 3, 2009, 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): 68–78, doi:10.1002/mrm.1910140108, PMID 2161986, S2CID 12379024
• Ogawa, S.; Sung, Y. (2007), "Functional Magnetic Resonance Imaging", Scholarpedia, 2 (10): 3105, Bibcode:2007SchpJ...2.3105O, doi:10.4249/scholarpedia.3105
• Raichle, M. E. (2000), Toga, A. W.; Mazziotta, J. C. (บ.ก.), Brain mapping: the systems, London: Academic Press, ISBN 978-0-12-692545-6, คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2012-01-13
• 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): 85–158, doi:10.1113/jphysiol.1890.sp000321, PMC 1514242, PMID 16991945
• Sahito, F.; Slany, W. (2012), "Functional Magnetic Resonance Imaging and the Challenge of Balancing Human Security with State Security", Human Security Perspectives 1, 2012 (1): 38–66, arXiv:1204.3543, Bibcode:2012arXiv1204.3543S

อ้างอิง

• Joseph P. Hornak, The basics of MRI, http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
• Richard B. Buxton, Introduction to functional magnetic resonance imaging: Principles and techniques, Cambridge University Press, 2002, ISBN 0-521-58113-3
• Roberto Cabeza and Alan Kingstone, Editors, Handbook of Functional Neuroimaging of Cognition, Second Edition, MIT Press, 2006, ISBN 0-262-03344-5

อ่านเพิ่ม

• Langleben, D.D.; Schroeder, L.; Maldjian, J.A.; Gur, R.C.; McDonald, S.; Ragland, J.D.; O'Brien, C.P.; Childress, A.R. (March 2002). "Brain Activity during Simulated Deception: An Event-Related Functional Magnetic Resonance Study". NeuroImage. 15 (3): 727–732. doi:10.1006/nimg.2001.1003. PMID 11848716. S2CID 14676750.
• Mehagnoul-Schipper, D. Jannet; van der Kallen, Bas F.W.; Colier, Willy N.J.M.; van der Sluijs, Marco C.; van Erning, Leon J.Th.O.; Thijssen, Henk O.M.; Oeseburg, Berend; Hoefnagels, Willibrord H.L.; Jansen, René W.M.M. (May 2002). "Simultaneous measurements of cerebral oxygenation changes during brain activation by near-infrared spectroscopy and functional magnetic resonance imaging in healthy young and elderly subjects". Human Brain Mapping. 16 (1): 14–23. doi:10.1002/hbm.10026. PMC 6871837. PMID 11870923.
• Sally Satel; Scott O. Lilienfeld (2015). Brainwashed: The Seductive Appeal of Mindless Neuroscience. Basic Books. ISBN 978-0465062911.

แหล่งข้อมูลอื่น

• www.mri-tutorial.com MRI-TUTORIAL.COM – A free learning repository about neuroimaging
• BrainMapping.ORG project – Community web site for information Brain Mapping and methods
• fMRI Videos at RadiologyTube.com เก็บถาวร 2020-08-18 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน – A collection of fMRI videos
• Columbia University Program for Imaging and Cognitive Sciences: fMRI