PROFILBARU.COM

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

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

↑ Huettel, Song & McCarthy (2009)
↑ Huettel, Song & McCarthy (2009, p. 26)
↑ Huettel, Song & McCarthy (2009, p. 26)
↑ Huettel, Song & McCarthy (2009, p. 4)
↑ Huettel, Song & McCarthy (2009, pp. 198–200, 208–211)
↑ Huettel, Song & McCarthy (2009, p. 168); Roy & Sherrington (1890)
↑ ไดอะแมกเนติกเป็นคุณสมบัติของธาตุที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กมีขั้วตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอกที่ธาตุนั้นอยู่ในเขต ไม่เหมือนธาตุที่มีคุณสมบัติเป็นเฟร์โรแมกเนติก ธาตุที่เป็นไดอะแมกเนติกจะไม่เป็นแม่เหล็กอย่างถาวร คือจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กเมื่ออยู่ในเขตของสนามแม่เหล็กภายนอกเท่านั้น สนามแม่เหล็กในธาตุที่เป็นไดอะแมกเนติกโดยมากมีกำลังน้อย ธาตุตัวอย่างก็คือบิสมัทและพลวง
↑ Huettel, Song & McCarthy (2009, pp. 198–200, 208–211)

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.