Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme - Functional magnetic resonance imaging

"FMRI" Burada yönlendirir. Hata Yönetimi Kaynak Tanımlayıcısı için bkz. OpenBSM .
Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme
1206 FMRI.jpg
Bir kontrol koşuluna kıyasla artan aktivite gösteren sarı alanlara sahip bir fMRI görüntüsü.
Amaç kan akışına bağlı değişiklikleri tespit eden beyin aktivitesini ölçer.

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme veya fonksiyonel MRI ( fMRI ), kan akışıyla ilişkili değişiklikleri tespit ederek beyin aktivitesini ölçer . Bu teknik, serebral kan akışı ve nöronal aktivasyonun birleştiği gerçeğine dayanır. Beynin bir bölgesi kullanımdayken o bölgeye giden kan akımı da artar.

fMRI'nin birincil biçimi, 1990'da Seiji Ogawa tarafından keşfedilen kan-oksijen düzeyine bağlı (BOLD) kontrastı kullanır . Bu, insanların veya diğer insanların beyin veya omuriliklerindeki nöral aktiviteyi haritalamak için kullanılan bir tür özel beyin ve vücut taramasıdır. beyin hücreleri tarafından enerji kullanımı ile ilgili kan akışındaki ( hemodinamik yanıt ) değişikliği görüntüleyerek hayvanlar . 1990'ların başından beri, fMRI, insanların enjeksiyon veya ameliyat geçirmesini, madde yutmasını veya iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmasını gerektirmediği için beyin haritalama araştırmalarına egemen oldu . Bu önlem sıklıkla çeşitli kaynaklardan gelen gürültü ile bozulur; bu nedenle, temel sinyali çıkarmak için istatistiksel prosedürler kullanılır. Ortaya çıkan beyin aktivasyonu, beyin veya çalışılan spesifik bölge boyunca aktivasyonun gücünü renk kodlaması ile grafiksel olarak temsil edilebilir. Teknik, aktiviteyi milimetreler içinde lokalize edebilir, ancak standart teknikleri kullanarak, birkaç saniyelik bir pencereden daha iyi olamaz. Kontrast elde etmenin diğer yöntemleri, arteriyel spin etiketleme ve difüzyon MRG'dir . İkinci prosedür BOLD fMRI'ye benzer ancak beyindeki su moleküllerinin difüzyonunun büyüklüğüne dayalı olarak kontrast sağlar.

fMRI, görevler/uyaranlar nedeniyle aktiviteden gelen BOLD yanıtlarını saptamaya ek olarak, dinlenme durumu fMRI'sini veya deneklerin temel BOLD varyansını gösteren görevsiz fMRI'yi ölçebilir . Yaklaşık 1998'den beri yapılan çalışmalar, varsayılan mod ağının (DMN), diğer adıyla "Dinlenme Durumu Ağı"nın (RSN), işlevsel olarak bağlı görünen "beyin durumları" sinir ağının varlığını ve özelliklerini göstermiştir .

fMRI araştırmalarda ve daha az ölçüde klinik çalışmalarda kullanılır. EEG ve NIRS gibi diğer beyin fizyolojisi ölçümlerini tamamlayabilir . Hem uzaysal hem de zaman çözünürlüğünü iyileştiren daha yeni yöntemler araştırılmaktadır ve bunlar büyük ölçüde BOLD sinyalinden başka biyobelirteçler kullanır. Bazı şirketler, fMRI tekniklerine dayanan yalan dedektörleri gibi ticari ürünler geliştirmiştir, ancak araştırmanın yaygın ticarileştirme için yeterince geliştirildiğine inanılmamaktadır.

genel bakış

fMRI konsepti, daha önceki MRI tarama teknolojisine ve oksijen açısından zengin kanın özelliklerinin keşfine dayanmaktadır. MRI beyin taramaları, incelenen beyin bölgesindeki çekirdekleri hizalamak için güçlü, kalıcı, statik bir manyetik alan kullanır. Daha sonra farklı çekirdekleri uzaysal olarak konumlandırmak için başka bir manyetik alan olan gradyan alanı uygulanır. Son olarak, çekirdekleri daha yüksek manyetizasyon seviyelerine atmak için bir radyofrekans (RF) darbesi çalınır ve efekt şimdi bulundukları yere bağlı olarak değişir. RF alanı kaldırıldığında, çekirdekler orijinal hallerine geri döner ve yaydıkları enerji, çekirdeklerin konumlarını yeniden oluşturmak için bir bobin ile ölçülür. Böylece MRG, beyin maddesinin statik bir yapısal görünümünü sağlar. fMRI'nin arkasındaki temel itici güç, beyindeki nöronal aktivitenin neden olduğu fonksiyonel değişiklikleri yakalamak için MRG'yi genişletmekti. Arteriyel (oksijen açısından zengin) ve venöz (oksijen açısından fakir) kan arasındaki manyetik özelliklerdeki farklılıklar bu bağlantıyı sağladı.

Araştırmacı fMRI görüntülerini kontrol ediyor.
Araştırmacı fMRI görüntülerini kontrol ediyor

1890'lardan beri beyindeki kan akışındaki ve kan oksijenasyonundaki değişikliklerin (topluca hemodinamik olarak bilinir ) nöral aktivite ile yakından bağlantılı olduğu bilinmektedir . Nöronlar aktif hale geldiğinde, bu beyin bölgelerine yerel kan akışı artar ve oksijen bakımından zengin (oksijenli) kan, oksijeni tükenmiş (oksijensiz) kanın yerini yaklaşık 2 saniye sonra alır. Bu, orijinal seviyeye geri düşmeden (ve tipik olarak hafifçe altına düşmeden) önce 4-6 saniyede bir zirveye çıkar. Oksijen, kırmızı kan hücrelerinde hemoglobin molekülü tarafından taşınır . Oksijensiz hemoglobin (dHb), manyetizmaya ( diamagnetic ) neredeyse dirençli olan oksijenli hemoglobinden (Hb) daha manyetiktir ( paramanyetik ). Diyamanyetik kan manyetik MR sinyaline daha az müdahale ettiğinden, bu fark daha iyi bir MR sinyaline yol açar. Bu gelişme, bir seferde hangi nöronların aktif olduğunu göstermek için haritalanabilir.

Tarih

19. yüzyılın sonlarında Angelo Mosso , duygusal ve entelektüel aktivite sırasında kanın yeniden dağılımını invazif olmayan bir şekilde ölçebilen 'insan dolaşım dengesini' icat etti . Bununla birlikte, 1890'da William James tarafından kısaca bahsedilmesine rağmen , bu dengenin ayrıntıları ve kesin işleyişi ve Mosso'nun onunla gerçekleştirdiği deneyler , orijinal enstrümanın yakın zamanda keşfine ve Mosso'nun Stefano Sandrone ve meslektaşları tarafından hazırlanan raporlarına kadar büyük ölçüde bilinmiyordu . Angelo Mosso , ' sinyal-gürültü oranı ', deneysel paradigmanın uygun seçimi ve farklı fizyolojik parametrelerin aynı anda kaydedilmesi ihtiyacı gibi modern nörogörüntüleme ile hala ilgili olan birkaç kritik değişkeni araştırdı . Mosso'nun el yazmaları, terazinin biliş nedeniyle serebral kan akışındaki değişiklikleri gerçekten ölçebildiğine dair doğrudan kanıt sağlamaz , ancak David T Field tarafından gerçekleştirilen modern bir çoğaltma, Mosso için mevcut olmayan modern sinyal işleme tekniklerini kullanarak, bunun bir denge aygıtı olduğunu göstermiştir. tip, bilişle ilgili serebral kan hacmindeki değişiklikleri tespit edebilir.

1890'da Charles Roy ve Charles Sherrington , Cambridge Üniversitesi'nde deneysel olarak beyin işlevini kan akışına bağladılar . Beyne giden kan akışının nasıl ölçüleceğini çözmenin bir sonraki adımı, Linus Pauling'in ve Charles Coryell'in 1936'da Hb ile oksijen bakımından zengin kanın manyetik alanlar tarafından zayıf bir şekilde itildiğini, dHb ile oksijeni tükenmiş kanın ise bir manyetik alan tarafından çekildiğini keşfetmesiydi. alan, ancak demir gibi ferromanyetik elementlerden daha az. AT&T Bell laboratuvarlarından Seiji Ogawa , aktif beyin bölgelerine kan akışının neden olduğu dHb ve Hb'nin farklı manyetik özellikleri, beyinde ölçülebilir değişikliklere neden olacağından, bunun sadece beynin statik yapısını inceleyebilen MRG'yi güçlendirmek için kullanılabileceğini fark etti. MRI sinyali. BOLD, 1990 yılında Ogawa tarafından keşfedilen dHb'nin MRI kontrastıdır. Thulborn ve arkadaşlarının daha önceki çalışmalarına dayanan 1990 yılındaki ufuk açıcı bir çalışmada, Ogawa ve meslektaşları kemirgenleri güçlü bir manyetik alan (7.0 T ) MRI'da taradılar  . Kan oksijen seviyesini manipüle etmek için hayvanların soluduğu oksijen oranını değiştirdiler. Bu oran düştüğünde, MRI'da beyindeki kan akışının bir haritası görüldü. Oksijenli veya oksijensiz kan içeren test tüpleri yerleştirerek ve ayrı görüntüler oluşturarak bunu doğruladılar. Ayrıca, T 2 * bozunması adı verilen bir manyetizasyon kaybı biçimine bağlı olan gradyan-yankı görüntülerinin en iyi görüntüleri ürettiğini gösterdiler. Bu kan akışı değişikliklerinin fonksiyonel beyin aktivitesi ile ilgili olduğunu göstermek için, sıçanlar tarafından solunan havanın bileşimini değiştirdiler ve EEG ile beyin aktivitesini izlerken bunları taradılar. MRI kullanarak bölgesel beyin aktivitesini saptamaya yönelik ilk girişim, Belliveau ve Harvard Üniversitesi'ndeki meslektaşları tarafından , intravenöz enjeksiyondan sonra kan dolaşımında kalan paramanyetik bir madde olan Magnevist kontrast maddesi kullanılarak gerçekleştirildi. Ancak bu yöntem, kontrast madde enjeksiyonunun uygun olmaması ve maddenin kanda sadece kısa bir süre kalması nedeniyle insan fMRI'sinde popüler değildir.

1992'deki üç çalışma, insanlarda BOLD kontrastını kullanan ilk çalışmaydı. Kenneth Kwong ve meslektaşları, 1.5 T manyetik alan gücünde hem gradyan-eko hem de inversiyon kurtarma eko-düzlemsel görüntüleme (EPI) dizisini kullanarak, insan görsel korteksinin net aktivasyonunu gösteren çalışmalar yayınladı . Harvard ekibi böylece, aktivite nöral dokusunda hem kan akışının hem de kan hacminin lokal olarak arttığını gösterdi. Ogawa ve diğerleri, daha yüksek bir alan (4.0 T) kullanarak benzer bir çalışma yürüttüler ve BOLD sinyalinin T2* manyetizasyon kaybına bağlı olduğunu gösterdiler. T2* çürümesine, hem birbirine çarpmasından hem de konumlar arasında uygulanan manyetik alan kuvvetindeki kasıtlı farklılıklardan (uzamsal bir gradyandan alan homojensizliği) manyetik tutarlılığı (enine manyetizasyon) kaybeden bir alan hacmindeki manyetize çekirdekler neden olur. Bandettini ve meslektaşları, istemli hareketleri kontrol eden devrenin son aşamasında bir beyin alanı olan birincil motor korteksteki aktivasyonu göstermek için 1.5 T'de EPI kullandılar. Bu erken çalışmalarda kullanılan manyetik alanlar, nabız dizileri ve prosedürler ve teknikler, günümüzdeki fMRI çalışmalarında hala kullanılmaktadır. Ancak günümüzde araştırmacılar tipik olarak daha fazla dilimden (daha güçlü manyetik gradyanlar kullanarak) veri toplar ve istatistiksel teknikler kullanarak verileri önceden işler ve analiz eder.

fizyoloji

Beyin, birincil enerji kaynağı olan çok fazla glikoz depolamaz. Nöronlar aktif hale geldiklerinde, onları orijinal polarizasyon durumlarına geri döndürmek, iyonların nöronal hücre zarları boyunca her iki yönde de aktif olarak pompalanmasını gerektirir. Bu iyon pompalarının enerjisi esas olarak glikozdan üretilir. Daha fazla glikoz taşımak için daha fazla kan akar ve ayrıca kırmızı kan hücrelerinde oksijenli hemoglobin molekülleri şeklinde daha fazla oksijen getirir. Bu, hem daha yüksek bir kan akışı hızından hem de kan damarlarının genişlemesinden kaynaklanmaktadır. Kan akışındaki değişiklik, nöral aktivitenin olduğu yerin 2 veya 3 mm içinde lokalizedir. Genellikle alınan oksijen, yanan glikozda tüketilen oksijenden daha fazladır (glükoz tüketiminin çoğunun oksidatif olup olmadığı henüz belirlenmemiştir) ve bu, beyin bölgesinin kan damarlarındaki oksijeni giderilmiş hemoglobinde (dHb) net bir azalmaya neden olur. Bu, kanın manyetik özelliğini değiştirerek, MRG sürecinin neden olduğu manyetizasyona ve nihai bozulmasına daha az müdahale etmesini sağlar.

Serebral kan akışı (CBF), farklı beyin bölgelerinde tüketilen glikoza farklı şekilde karşılık gelir. İlk sonuçlar, amigdala , bazal ganglionlar , talamus ve singulat korteks gibi , tümü hızlı tepkiler için görevlendirilen bölgelerde, glikoz tüketiminden daha fazla giriş olduğunu göstermektedir . Lateral frontal ve lateral parietal loblar gibi daha temkinli olan bölgelerde, gelen akışın tüketimden daha az olduğu görülmektedir. Bu, BOLD hassasiyetini etkiler.

Hemoglobin, bağlı bir oksijen molekülüne sahip olup olmamasına bağlı olarak manyetik alanlara nasıl tepki verdiği konusunda farklılık gösterir. dHb molekülü daha çok manyetik alanlara çekilir. Dolayısıyla, daha hızlı T aracılığıyla kaybetmek mıknatıslanma orada çekirdekleri neden MRI tarayıcı tarafından uyarılan çevreleyen manyetik alan bozan 2 * çürüme. T duyarlı Böylece MR darbe dizileri 2 * bu olmadığı kan yüksek az oksijen ve daha MR sinyal gösterir. Bu etki, manyetik alanın gücünün karesi ile artar. FMRI sinyali bu nedenle güçlü bir manyetik alan (1.5 T veya daha yüksek) ve T duyarlı olan EPI gibi bir darbe dizisi, iki ihtiyacı 2 * kontrast.

BOLD fMRI'da nöronlar aktif olduğunda ne kadar doğru bir şekilde ölçebileceğimizi, fizyolojik kan akışı yanıtı büyük ölçüde zamansal duyarlılığa karar verir. Temel zaman çözünürlüğü parametresi (örnekleme zamanı) TR olarak belirlenmiştir; TR, belirli bir beyin diliminin ne sıklıkla uyarıldığını ve manyetizasyonunu kaybetmesine izin verildiğini belirler. TR'ler çok kısadan (500 ms) çok uzuna (3 sn) kadar değişebilir. Spesifik olarak fMRI için, hemodinamik yanıt 10 saniyenin üzerinde sürer, çarpımsal olarak yükselir (yani mevcut değerin bir oranı olarak), 4 ila 6 saniye arasında zirve yapar ve ardından çarpımsal olarak düşer. Kan akışı sistemindeki, vasküler sistemdeki değişiklikler, zamanla nöronal aktiviteye verilen yanıtları bütünleştirir. Bu yanıt düzgün bir sürekli işlev olduğundan, daha hızlı TR'lerle örnekleme yardımcı olmaz; yine de basit doğrusal enterpolasyonla elde edilebilen yanıt eğrisi üzerinde daha fazla puan verir. Çeşitli denemelerde bir uyarıcı sunulduğunda şaşırtma gibi deneysel paradigmalar, zamansal çözünürlüğü iyileştirebilir, ancak elde edilen etkili veri noktalarının sayısını azaltır.

BOLD hemodinamik yanıt

Ana beyin fonksiyonel görüntüleme tekniği çözünürlükleri

Nöronal aktiviteden MR sinyalindeki değişime hemodinamik yanıt (HDR) denir. Vasküler sistemin beynin glikoz ihtiyacına yanıt vermesi biraz zaman aldığından, onu tetikleyen nöronal olayları birkaç saniye geciktirir. Bu noktadan tipik olarak uyarandan yaklaşık 5 saniye sonra bir zirveye yükselir. Nöronlar örneğin sürekli bir uyaranla ateşlenmeye devam ederse, nöronlar aktif kalırken tepe noktası düz bir platoya yayılır. Aktivite durduktan sonra, BOLD sinyali orijinal seviyenin, taban çizgisinin altına düşer, bu fenomene alt sınır denir. Zamanla sinyal taban çizgisine geri döner. Bir beyin bölgesindeki sürekli metabolik gereksinimlerin yetersiz kalmaya katkıda bulunduğuna dair bazı kanıtlar var.

Nöral sistemin, vasküler sisteme daha fazla glikoz ihtiyacı konusunda geri bildirim sağladığı mekanizma , nöron ateşlemesinin bir parçası olarak kısmen glutamat salınımıdır . Bu glutamat, yakındaki destekleyici hücreleri, astrositleri etkileyerek kalsiyum iyonu konsantrasyonunda bir değişikliğe neden olur . Bu da, astrositlerin ve orta büyüklükteki kan damarlarının, arteriyollerin temas noktasında nitrik oksit salgılar . Nitrik oksit, arteriyollerin genişlemesine ve daha fazla kan çekmesine neden olan bir vazodilatördür .

Tek bir vokselin zaman içindeki yanıt sinyali, onun zaman akışı olarak adlandırılır. Tipik olarak, tarayıcıdan gürültü olarak adlandırılan istenmeyen sinyal, rastgele beyin aktivitesi ve benzeri unsurlar, sinyalin kendisi kadar büyüktür. Bunları ortadan kaldırmak için fMRI çalışmaları bir uyaran sunumunu birden çok kez tekrarlar.

uzamsal çözünürlük

Bir fMRI çalışmasının uzamsal çözünürlüğü, yakındaki konumlar arasında ne kadar iyi ayrım yaptığını ifade eder. MRI'da olduğu gibi voksellerin boyutu ile ölçülür. Bir voksel, boyutları dilim kalınlığı, dilim alanı ve tarama işlemiyle dilime uygulanan ızgara tarafından belirlenen üç boyutlu dikdörtgen bir küboiddir. Tam beyin çalışmaları daha büyük vokseller kullanırken, belirli ilgi alanlarına odaklananlar tipik olarak daha küçük boyutlar kullanır. Boyutlar 4 ila 5 mm arasında veya laminer çözünürlüklü fMRI (lfMRI) ile milimetre-altı arasında değişir. Daha küçük vokseller ortalama olarak daha az nöron içerir, daha az kan akışı içerir ve dolayısıyla daha büyük voksellerden daha az sinyale sahiptir. Daha küçük vokseller, daha uzun tarama süreleri anlamına gelir, çünkü tarama süresi, dilim başına voksel sayısı ve dilim sayısı ile doğrudan artar. Bu, hem tarayıcının içindeki özne için rahatsızlığa hem de manyetizasyon sinyalinin kaybolmasına neden olabilir. Bir voksel tipik olarak birkaç milyon nöron ve on milyarlarca sinaps içerir , gerçek sayı voksel boyutuna ve görüntülenen beynin alanına bağlıdır.

Taze kan sağlayan vasküler arter sistemi, beyin yüzeyine ve beyin içi bölgelere girerken daha küçük ve daha küçük damarlara dallanır ve beyin içinde bağlantılı bir kılcal yatakla sonuçlanır . Drenaj sistemi, benzer şekilde, oksijeni tükenmiş kanı taşırken daha büyük ve daha büyük damarlarda birleşir . fMRI sinyaline dHb katkısı, hem aktivite alanına yakın kılcal damarlardan hem de daha uzakta olabilecek daha büyük drenaj damarlarındandır. İyi bir uzaysal çözünürlük için, büyük damarlardan gelen sinyalin, nöral aktivitenin olduğu alana karşılık gelmediğinden bastırılması gerekir. Bu, ya güçlü statik manyetik alanlar kullanılarak ya da spin-eko darbe dizileri kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bunlarla FMRI santimetre milimetre bir uzaysal aralığı incelemek için, ve bundan dolayı tespit edilebilir Brodmann , (centimers) subkortikal çekirdekler gibi kaudat , putamen gibi ve talamus ve hipokampal alanlar birleştirilir dentat girus / CA3 , CA1 ve alt kültür .

Zamansal çözünürlük

Zamansal çözünürlük, fMRI tarafından güvenilir bir şekilde ayrılmış en küçük nöral aktivite dönemidir. Buna karar veren bir unsur örnekleme zamanı, TR'dir. Bununla birlikte, 1 veya 2 saniyelik bir TR'nin altında tarama, fazla ek bilgi eklemeden (örneğin, eğri boşluklarını daha düşük bir TR'de matematiksel olarak enterpolasyon yaparak alternatif olarak elde edilenin ötesinde) sadece daha keskin HDR eğrileri üretir. Denemeler arasında uyaran sunumunu şaşırtarak zamansal çözünürlük geliştirilebilir. Veri denemelerinin üçte biri normal olarak, üçte biri 1 s, 4 s, 7 s vb.'de ve son üçte biri 2 s, 5 s ve 8 s'de örneklenirse, birleşik veriler 1 s çözünürlük sağlar , ancak toplam olayların yalnızca üçte biri ile.

Gereken zaman çözünürlüğü, çeşitli olaylar için beyin işleme süresine bağlıdır. Burada geniş aralığın bir örneği görsel işleme sistemi tarafından verilmektedir. Gözün gördüğü, bir milisaniyede retinanın fotoreseptörlerine kaydedilir. Bu sinyaller, onlarca milisaniyede talamus yoluyla birincil görsel kortekse ulaşır. Görme eylemiyle ilgili nöronal aktivite 100 ms'den fazla sürer. Bir araba kazasından kaçınmak için yoldan çıkmak gibi hızlı bir tepki yaklaşık 200 ms sürer. Yaklaşık yarım saniye sonra olayın farkındalığı ve yansıması devreye girer. Benzer bir olayı hatırlamak birkaç saniye sürebilir ve korku uyandırma gibi duygusal veya fizyolojik değişiklikler dakikalar veya saatler sürebilir. Yüzleri veya sahneleri tanımak gibi öğrenilen değişiklikler günler, aylar veya yıllar sürebilir. Çoğu fMRI deneyi, birkaç saniye süren beyin süreçlerini inceler ve çalışma birkaç on dakika boyunca yürütülür. Bu süre içinde denekler başlarını hareket ettirebilirler ve bu baş hareketinin düzeltilmesi gerekir. Zaman içinde temel sinyalde de kayma olur. Can sıkıntısı ve öğrenme hem özne davranışını hem de bilişsel süreçleri değiştirebilir.

Çoklu aktivasyondan doğrusal ekleme

Bir kişi aynı anda veya örtüşen bir şekilde iki görevi yerine getirdiğinde, BOLD yanıtının doğrusal olarak eklenmesi beklenir. Bu, sürekli türevlenebilir sistemlerin, düzensizlikler küçük olduğunda doğrusal olarak davranmasının beklenebileceği ilkesine dayanan birçok fMRI çalışmasının temel varsayımıdır; birinci dereceden doğrusaldırlar. Doğrusal ekleme, birleştirilmeden (birlikte eklenmeden) önce tek tek yanıtlarda izin verilen tek işlemin her birinin ayrı ölçeklendirilmesi olduğu anlamına gelir. Ölçekleme sadece sabit bir sayı ile çarpma olduğundan, bu, örneğin iki katı nöral tepki uyandıran bir olayın, aynı anda iki kez sunulan ilk olay olarak modellenebileceği anlamına gelir. İkili etkinlik için HDR, tekli etkinliğin sadece iki katıdır.

Davranışın doğrusal olduğu ölçüde, keyfi bir uyarana BOLD yanıtının zaman süreci, bu uyaranın dürtü BOLD yanıtıyla evrişimiyle modellenebilir. BOLD yanıt büyüklüğünü tahmin etmede doğru zaman süreci modellemesi önemlidir.

Bu güçlü varsayım ilk olarak 1996'da Boynton ve meslektaşları tarafından, saniyede 8 kez titreyen ve 3 ila 24 saniye boyunca sunulan kalıpların birincil görsel korteksindeki etkilerini kontrol eden çalışma arkadaşları tarafından incelenmiştir. Elde ettikleri sonuçlar, görüntünün görsel kontrastı arttığında, HDR şeklinin aynı kaldığını ancak genliğinin orantılı olarak arttığını gösterdi. Bazı istisnalar dışında, daha uzun uyaranlara verilen yanıtlar, aynı daha uzun süreyi toplayan birden fazla kısa uyarana verilen yanıtların toplanmasıyla da çıkarılabilir. 1997'de Dale ve Buckner, belirli süreli bloklar yerine bireysel olayların da aynı şekilde toplanıp toplanmadığını test ettiler ve öyle olduklarını buldular. Ancak 2 saniyeden daha kısa zaman aralıklarında doğrusal modelden sapmalar da buldular.

fMRI yanıtındaki doğrusal olmayanlığın bir kaynağı, sunulan bir uyarıcıdan gelen beyin aktivitesinin bir sonraki, benzer uyarıcı üzerindeki daha fazla aktiviteyi bastırdığı refrakter periyottan gelir. Uyaranlar kısaldıkça, refrakter dönem daha belirgin hale gelir. Refrakter periyot yaşla değişmez, HDR'lerin genlikleri de değişmez. Dönem, beyin bölgelerine göre farklılık gösterir. Hem birincil motor kortekste hem de görsel kortekste, HDR genliği bir uyaran veya yanıtın süresiyle doğrusal olarak ölçeklenir. İlgili ikincil bölgelerde, motor davranışı planlamada yer alan ek motor korteks ve harekete duyarlı V5 bölgesinde, güçlü bir refrakter periyodu görülür ve HDR genliği bir dizi uyaran veya tepki süresi boyunca sabit kalır. Direnç etkisi, bir kişinin bir uyarıcının hangi özelliklerini yeni olarak ayırt ettiğini görmek için alışmaya benzer bir şekilde kullanılabilir . Doygunluk nedeniyle doğrusallığın başka sınırları da mevcuttur: büyük uyarım seviyeleri ile maksimum BOLD yanıtına ulaşılır.

Nöral aktiviteyi BOLD sinyaliyle eşleştirme

Araştırmacılar, BOLD sinyalini hem implante elektrotlardan (çoğunlukla maymunlarda) gelen sinyallere hem de EEG ve MEG'den alınan alan potansiyellerinin sinyallerine (beynin faaliyetinden kaynaklanan elektrik veya manyetik alan, kafatasının dışında ölçülür) karşı kontrol ettiler . Hem nöron sonrası sinaptik aktiviteyi hem de dahili nöron işlemeyi içeren yerel alan potansiyeli, BOLD sinyalini daha iyi tahmin eder. Dolayısıyla BOLD kontrastı, esas olarak bir nöronun girdilerini ve nöronun kendi gövdesindeki bütünleştirici işlemlerini ve nöronların çıkış ateşlemesini daha az yansıtır. İnsanlarda elektrotlar yalnızca tedavi olarak cerrahiye ihtiyaç duyan hastalara implante edilebilir, ancak kanıtlar en azından işitsel korteks ve birincil görsel korteks için benzer bir ilişki olduğunu göstermektedir . BOLD fMRI tarafından kortikal alanlarda (beyin yüzeyi bölgeleri) tespit edilen aktivasyon konumlarının, PET taramalarından elde edilen CBF tabanlı fonksiyonel haritalarla uyumlu olduğu bilinmektedir . Görsel girdileri retinadan görsel kortekse ileten talamusun lateral genikulat çekirdeği (LGN) gibi sadece birkaç milimetre büyüklüğündeki bazı bölgelerin , görsel girdi ile sunulduğunda BOLD sinyalini doğru şekilde ürettiği gösterilmiştir. Pulvinar çekirdek gibi yakın bölgeler bu görev için uyarılmadı, bu da en azından talamik çekirdeklerde BOLD yanıtının uzamsal boyutu için milimetre çözünürlüğü gösterir. Sıçan beyninde, tek bıyıklı dokunuşun somatosensoriyel korteksten BOLD sinyalleri ortaya çıkardığı gösterilmiştir .

Ancak, BOLD sinyali bir bölgedeki geri besleme ve ileri beslemeli aktif ağları ayıramaz; vasküler yanıtın yavaşlığı, nihai sinyalin tüm bölgenin ağının özetlenmiş versiyonu olduğu anlamına gelir; işlem ilerledikçe kan akışı kesintili değildir. Ayrıca, bir nörona diğer nöronlardan gelen hem inhibitör hem de uyarıcı girdi, BOLD sinyalini toplar ve katkıda bulunur. Bir nöron içinde bu iki girdi birbirini götürebilir. BOLD yanıtı ayrıca hastalık, sedasyon, anksiyete, kan damarlarını genişleten ilaçlar ve dikkat (nöromodülasyon) gibi çeşitli faktörlerden etkilenebilir.

BOLD sinyalinin genliği, şeklini mutlaka etkilemez. Daha güçlü nöral aktivite için daha yüksek genlikli bir sinyal görülebilir, ancak daha zayıf bir sinyalle aynı yerde zirve yapar. Ayrıca, genlik mutlaka davranışsal performansı yansıtmaz. Karmaşık bir bilişsel görev, başlangıçta iyi performansla ilişkili yüksek genlikli sinyalleri tetikleyebilir, ancak özne bu konuda daha iyi hale geldikçe, performans aynı kaldığında genlik düşebilir. Bunun, görevin yerine getirilmesinde artan verimlilik nedeniyle olması bekleniyor. Beyin bölgelerindeki BOLD yanıtı, aynı görev için bile doğrudan karşılaştırılamaz, çünkü nöronların yoğunluğu ve kan kaynağı özellikleri beyinde sabit değildir. Bununla birlikte, BOLD yanıtı genellikle aynı beyin bölgesi ve aynı görev için denekler arasında karşılaştırılabilir.

BOLD sinyalinin daha yeni karakterizasyonu, yüksek alanlı mıknatıslar (bazen "optofMRI" olarak anılan bir teknik) kullanarak BOLD yanıtını eşzamanlı olarak izlerken, nöronal ateşlemeyi hassas bir şekilde kontrol etmek için kemirgenlerde optogenetik teknikleri kullanmıştır. Bu teknikler, nöronal ateşlemenin, yakın aralıklı nöronal ateşleme patlamaları üzerinden BOLD sinyalinin yaklaşık olarak doğrusal toplamını içeren ölçülen BOLD sinyali ile iyi bir şekilde ilişkili olduğunu göstermektedir. Doğrusal toplama, yaygın olarak kullanılan olayla ilgili fMRI tasarımlarının bir varsayımıdır.

tıbbi kullanım

Bir fMRI taramasından elde edilen birleşik görüntüler.

Doktorlar, bir hasta için beyin cerrahisi veya benzeri invaziv tedavinin ne kadar riskli olduğunu değerlendirmek ve normal, hastalıklı veya yaralı bir beynin nasıl çalıştığını öğrenmek için fMRI kullanır. Konuşma, hareket etme, algılama veya planlama gibi kritik işlevlerle bağlantılı bölgeleri belirlemek için beynin fMRI ile haritasını çıkarırlar. Bu, beynin cerrahi ve radyasyon tedavisini planlamak için yararlıdır. Klinisyenler ayrıca beyni anatomik olarak haritalamak ve tümörlerin, felçlerin, kafa ve beyin yaralanmalarının veya Alzheimer gibi hastalıkların ve Otizm gibi gelişimsel engellerin etkilerini saptamak için fMRI kullanır .

Kişisel Genom Projesine katılan bir kişinin beyninin fMRI görüntüsü .

FMRI'nin klinik kullanımı hala araştırma kullanımının gerisinde kalmaktadır. Beyin patolojileri olan hastaların fMRI ile taranması, tipik araştırma konusu popülasyonu olan genç sağlıklı gönüllülere göre daha zordur. Tümörler ve lezyonlar, nöral HDR'yi maskeleyerek kan akışını nöral aktivite ile ilgili olmayan şekillerde değiştirebilir. Antihistaminikler ve hatta kafein gibi ilaçlar HDR'yi etkileyebilir. Bazı hastalar, kompulsif yalan söyleme gibi rahatsızlıklardan muzdarip olabilir ve bu da bazı araştırmaları imkansız hale getirir. Klinik sorunları olanların uzun süre hareketsiz kalması daha zordur. Koltuk başlıkları veya ısırma çubuklarının kullanılması, tarayıcının içinde nöbet geçiren epilepsi hastalarını yaralayabilir; ısırma çubukları diş protezi olanları da rahatsız edebilir.

Bu zorluklara rağmen, fMRI klinik olarak fonksiyonel alanların haritasını çıkarmak, dil ve hafıza bölgelerindeki sol-sağ hemisferik asimetriyi kontrol etmek, bir nöbetin nöral bağıntılarını kontrol etmek, beynin felçten kısmen nasıl kurtulduğunu incelemek, bir ilacın veya bir ilacın ne kadar iyi olduğunu test etmek için kullanılmıştır. davranışsal terapi işe yarar, Alzheimer'ın başlangıcını tespit eder ve depresyon gibi bozuklukların varlığına dikkat eder. Fonksiyonel alanların haritalanması ve dil ve hafızanın yanallaştırılmasının anlaşılması, cerrahların ameliyat etmeleri ve beyin dokusunu çıkarmaları gerektiğinde kritik beyin bölgelerini çıkarmaktan kaçınmasına yardımcı olur. Bu, tümörlerin çıkarılmasında ve inatçı temporal lob epilepsisi olan hastalarda özellikle önemlidir . Lezyonlu tümörler, işlevsel olarak yararlı hiçbir dokunun gereksiz yere çıkarılmasını sağlamak için ameliyat öncesi planlama gerektirir. İyileşen depresif hastalar, beyincikte değişmiş fMRI aktivitesi göstermiştir ve bu, nüksetme eğilimini gösterebilir. İlaçlar uygulandıktan sonra beyin aktivitesini test eden farmakolojik fMRI, bir ilacın kan-beyin bariyerine ne kadar nüfuz ettiğini ve ilacın doz-etki bilgisini kontrol etmek için kullanılabilir .

Hayvan araştırması

Araştırma, öncelikle rhesus makak gibi insan olmayan primatlarda yapılır . Bu çalışmalar hem insan sonuçlarını kontrol etmek veya tahmin etmek hem de fMRI tekniğinin kendisini doğrulamak için kullanılabilir. Ancak çalışmalar zordur çünkü bir hayvanı hareketsiz kalmaya motive etmek zordur ve meyve suyu gibi tipik uyarılar hayvan onu yutarken kafa hareketini tetikler. Makak gibi daha büyük hayvanlardan oluşan bir koloniyi sürdürmek de pahalıdır.

Verileri analiz etme

fMRI veri analizinin amacı, beyin aktivasyonu ile deneğin tarama sırasında gerçekleştirdiği bir görev arasındaki korelasyonları tespit etmektir. Aynı zamanda, öznede indüklenen hafıza ve tanıma gibi belirli bilişsel durumlarla korelasyonları keşfetmeyi amaçlar. Etkinleştirmenin BOLD imzası nispeten zayıftır, bu nedenle elde edilen verilerdeki diğer gürültü kaynakları dikkatli bir şekilde kontrol edilmelidir. Bu, görevle ilgili etkinleştirme için gerçek istatistiksel aramanın başlayabilmesi için elde edilen görüntüler üzerinde bir dizi işlem adımının gerçekleştirilmesi gerektiği anlamına gelir. Bununla birlikte, örneğin, bir kişinin yaşadığı duyguları yalnızca fMRI'larından yüksek derecede doğrulukla tahmin etmek mümkündür.

Gürültü kaynakları

Gürültü, çalışmanın ilgi alanına girmeyen unsurlardan MR sinyalinde istenmeyen değişikliklerdir. fMRI'deki beş ana gürültü kaynağı, termal gürültü, sistem gürültüsü, fizyolojik gürültü, rastgele sinirsel aktivite ve hem zihinsel stratejilerdeki hem de insanlar arasındaki ve bir kişi içindeki görevler arasındaki davranışlardaki farklılıklardır. Termal gürültü, statik alan kuvvetiyle orantılı olarak çoğalır, ancak fizyolojik gürültü, alan kuvvetinin karesi olarak çoğalır. Sinyal aynı zamanda alan gücünün karesi olarak da çoğaldığından ve fizyolojik gürültü toplam gürültünün büyük bir kısmını oluşturduğundan, 3 T'nin üzerindeki daha yüksek alan güçleri her zaman orantılı olarak daha iyi görüntüler üretmez.

Isı, elektronların hareket etmesine ve fMRI dedektöründeki akımı bozarak termal gürültü üretmesine neden olur. Termal gürültü sıcaklıkla birlikte artar. Ayrıca alıcı bobin tarafından tespit edilen frekans aralığına ve elektrik direncine de bağlıdır. Anatomiden bağımsız olarak tüm vokselleri benzer şekilde etkiler.

Sistem gürültüsü, görüntüleme donanımından kaynaklanmaktadır. Bir form, süper iletken mıknatısın alanının zamanla kaymasının neden olduğu tarayıcı kaymasıdır. Başka bir form, alıcı bobinde değişikliklere neden olan ve duyarlılığını azaltan beynin akım veya voltaj dağılımındaki değişikliklerdir. Bu endüktans etkisini atlamak için empedans eşleştirme adı verilen bir prosedür kullanılır. Manyetik alandan düzgün olmayan gürültü de olabilir. Bu, genellikle manyetik alanı yamalamak için deneğin ağzına fiziksel olarak yerleştirilmiş küçük mıknatıslar olan şimleme bobinleri kullanılarak ayarlanır. Eşitsizlikler genellikle kulak gibi beyin sinüslerinin yakınındadır ve boşluğu uzun süre tıkamak rahatsız edici olabilir. Tarama işlemi, örtüşen uzaysal frekansların (yani numunenin hacminde tekrarlanan kenarlar) her birinin çizgilerle temsil edildiği k-uzayda MR sinyalini alır. Bunu voksellere dönüştürmek, bazı kayıplar ve bozulmalar getirir.

Fizyolojik gürültü, tarayıcıda nefes alma, kalp atışları veya deneğin kıpırdaması, gerilmesi veya düğmeye basma gibi fiziksel tepkiler vermesinden kaynaklanan baş ve beyin hareketinden kaynaklanır. Kafa hareketleri, tarama devam ederken voksel-nöron eşleştirmesinin değişmesine neden olur. fMRI dilimler halinde elde edildiğinden, hareketten sonra bir voksel, altındaki nöronlar değişirken uzayda aynı mutlak konuma atıfta bulunmaya devam eder. Fizyolojik gürültünün diğer bir kaynağı da zaman içinde kan akış hızındaki, kan hacmindeki ve oksijen kullanımındaki değişimdir. Bu son bileşen, fizyolojik gürültünün üçte ikisine katkıda bulunur ve bu da toplam gürültünün ana katkısını oluşturur.

En iyi deneysel tasarımla bile, bir konuyu etkileyen diğer tüm arka plan uyaranlarını (tarayıcı gürültüsü, rastgele düşünceler, fiziksel duyumlar ve benzerleri) kontrol etmek ve sınırlamak mümkün değildir. Bunlar deneysel manipülasyondan bağımsız olarak sinirsel aktivite üretir. Bunlar matematiksel modellemeye uygun değildir ve çalışma tasarımı tarafından kontrol edilmelidir.

Bir kişinin bir uyarana tepki verme veya tepki verme ve sorunları çözme stratejileri, genellikle zamanla ve görevlerle değişir. Bu, bir denek içinde denemeden denemeye nöral aktivitede varyasyonlar üretir. İnsanlar arasında çok sinirsel aktivite benzer nedenlerle farklılık gösterir. Araştırmacılar genellikle, katılımcıların söz konusu görev için tipik olarak nasıl performans gösterdiğini görmek için pilot çalışmalar yürütür. Ayrıca, taramadan önce bir deneme eğitim oturumunda deneklere genellikle nasıl yanıt vereceklerini veya tepki göstereceklerini öğretirler.

ön işleme

Tarayıcı platformu, her TR'de öznenin kafasının 3 boyutlu bir hacmini oluşturur. Bu, taramadaki voksel başına bir değer olan bir dizi voksel yoğunluğu değerinden oluşur. Vokseller birbiri ardına dizilir ve üç boyutlu yapıyı tek bir çizgi halinde açar. Bir seanstan bu tür birkaç hacim, öznenin baş konumunu ayarlamadan tarayıcıda kaldığı süre boyunca, bir çalışmaya karşılık gelen 4 boyutlu bir hacim oluşturmak üzere birleştirilir. Bu 4 boyutlu cilt, analiz için başlangıç ​​noktasıdır. Bu analizin ilk kısmı ön işlemedir.

Ön işlemedeki ilk adım, geleneksel olarak dilim zamanlama düzeltmesidir. MR tarayıcı, farklı zamanlarda tek bir beyin hacmi içinde farklı dilimler elde eder ve bu nedenle dilimler, farklı zaman noktalarında beyin aktivitesini temsil eder. Bu daha sonraki analizi karmaşıklaştırdığından, tüm dilimleri aynı zaman noktası referansına getirmek için bir zamanlama düzeltmesi uygulanır. Bu, noktalı bir çizgi olarak çizildiğinde bir vokselin zaman akışının düzgün olduğu varsayılarak yapılır. Bu nedenle, örneklenen çerçevelerde olmayan diğer zamanlarda vokselin yoğunluk değeri, sürekli bir eğri oluşturmak için noktalar doldurularak hesaplanabilir.

Kafa hareketi düzeltmesi, başka bir yaygın ön işleme adımıdır. Kafa hareket ettiğinde, bir vokselin altındaki nöronlar hareket eder ve bu nedenle, zaman akışı şimdi büyük ölçüde geçmişteki diğer bazı voksellerin hareketini temsil eder. Bu nedenle, zaman akışı eğrisi etkin bir şekilde kesilir ve bir vokselden diğerine yapıştırılır. Hareket düzeltme, kes ve yapıştırın hangi geri alınmasının tüm vokseller için en yumuşak zaman sürecini ürettiğini görmek için bunu geri almanın farklı yollarını dener. Geri alma, hacme katı cisim dönüşümü uygulayarak, hareketi hesaba katmak için tüm hacim verilerini kaydırarak ve döndürerek yapılır. Dönüştürülen hacim, korelasyon veya karşılıklı bilgi gibi bir maliyet işlevi kullanılarak ne kadar iyi eşleştiklerini görmek için ilk zaman noktasındaki hacimle istatistiksel olarak karşılaştırılır . Baş hareketi için model olarak minimum maliyet fonksiyonunu veren dönüşüm seçilmiştir. Kafa çok çeşitli şekillerde hareket edebildiğinden, olası tüm adayları aramak mümkün değildir; ne de şu anda bir zincirde denediğimiz ilk dönüşümlerden bağımsız olarak küresel olarak optimal bir çözüm sağlayan bir algoritma yok.

Bozulma düzeltmeleri, tarayıcının alan düzensizliklerini hesaba katar. Bir yöntem, daha önce açıklandığı gibi, şimleme bobinleri kullanmaktır. Bir diğeri, farklı eko sürelerine sahip iki görüntü elde ederek ana alanın bir alan haritasını yeniden oluşturmaktır. Alan düzgün olsaydı, iki görüntü arasındaki farklar da aynı olurdu. Çalışmanın kendisinden bağımsız oldukları için bunların gerçek ön işleme teknikleri olmadığını unutmayın. Bias alan tahmini, bozulmayı düzeltmek için Markov rastgele alanları ve beklenti maksimizasyon algoritmaları gibi bozulmadan kaynaklanan gürültünün matematiksel modellerini kullanan gerçek bir ön işleme tekniğidir .

Genel olarak, fMRI çalışmaları fMRI ile hem çok sayıda fonksiyonel görüntü hem de MRG ile yapısal bir görüntü elde eder. Yapısal görüntü genellikle daha yüksek bir çözünürlüğe sahiptir ve farklı bir sinyale bağlıdır, uyarmadan sonra T1 manyetik alan bozunması. İşlevsel görüntüdeki ilgi alanlarını ayırmak için, onu yapısal olanla hizalamak gerekir. Tam beyin analizi yapıldığında bile, nihai sonuçları yorumlamak, yani aktif voksellerin hangi bölgelere düştüğünü bulmak için, fonksiyonel görüntüyü yapısal olana hizalamak gerekir. Bu, burada çözünürlüklerin farklı olması ve üreten sinyal farklı olduğu için yoğunluk değerlerinin doğrudan karşılaştırılamaması dışında, hareket düzeltme algoritmasına benzer şekilde çalışan bir ortak kayıt algoritması ile yapılır.

Tipik MRI çalışmaları birkaç farklı konuyu tarar. Sonuçları denekler arasında bütünleştirmek için bir olasılık, ortak bir beyin atlası kullanmak ve tüm beyinleri atlasa hizalanacak şekilde ayarlamak ve ardından bunları tek bir grup olarak analiz etmektir. Yaygın olarak kullanılan atlaslar, Jean Talairach tarafından yaratılan yaşlı bir kadının tek beyni olan Talairach ve Montreal Nöroloji Enstitüsü (MNI) atlaslarıdır . İkincisi, yüzün üzerinde kişiden alınan taramaların birleştirilmesiyle oluşturulan olasılık haritasıdır. Standart bir şablona bu normalleştirme, hangi germe, sıkıştırma ve eğriltme kombinasyonunun hedef ve referans arasındaki farkları azalttığını matematiksel olarak kontrol ederek yapılır. Bu kavramsal olarak hareket düzeltmeye benzer olsa da, gereken değişiklikler sadece öteleme ve döndürmeden daha karmaşıktır ve bu nedenle optimizasyonun kontrol edilen zincirdeki ilk dönüşümlere bağlı olması daha olasıdır.

Zamansal filtreleme, sinyalden ilgilenilmeyen frekansların çıkarılmasıdır. Bir vokselin zaman içindeki yoğunluk değişimi, farklı periyotlara ve yüksekliklere sahip bir dizi farklı tekrar eden dalganın toplamı olarak temsil edilebilir. Bu periyotları x ekseninde ve yükseklikleri y ekseninde olan bir çizime güç spektrumu denir ve bu çizim Fourier dönüşümü tekniği ile oluşturulur . Zamansal filtreleme, bizi ilgilendirmeyen periyodik dalgaları güç spektrumundan çıkarmak ve sonra voksel için yeni bir zaman rotası yaratmak üzere ters Fourier dönüşümünü kullanarak dalgaları tekrar toplamak anlamına gelir . Yüksek geçiren bir filtre, alt frekansları ortadan kaldırır ve bu teknikle tanımlanabilen en düşük frekans, TR'nin iki katının tersidir. Alçak geçiren bir filtre, daha yüksek frekansları kaldırırken, bir bant geçiren filtre, belirli bir ilgi aralığı dışındaki tüm frekansları kaldırır.

Düzgünleştirme veya uzamsal filtreleme, beyin veya ilgili bölge boyunca yoğunluk değişiminin düzgün bir uzaysal haritası oluşturmak için yakındaki voksellerin yoğunluklarının ortalamasını alma fikridir. Ortalama alma genellikle , her uzamsal noktada komşu vokselleri mesafelerine göre ağırlıklandıran ve ağırlıklar çan eğrisini izleyerek katlanarak düşen bir Gauss filtresi ile evrişim yoluyla yapılır . Aktivasyonun gerçek uzaysal kapsamı, yani aynı anda aktif olan voksel kümesinin yayılması, kullanılan filtrenin genişliğiyle eşleşirse, bu işlem sinyal-gürültü oranını iyileştirir . Aynı zamanda, her bir voksel için toplam gürültünün bir çan eğrisi dağılımını izlemesini sağlar, çünkü çok sayıda bağımsız, her türden özdeş dağılımın bir araya getirilmesi, sınır durum olarak çan eğrisini üretir. Ancak, varsayılan uzamsal aktivasyon kapsamı filtreyle eşleşmiyorsa, sinyal azalır.

istatistiksel analiz

Evleri görünce beynin bazı bölümlerinin ve yüzleri görünce diğer bölümlerinin aydınlandığını gösteren bir çalışmadan fMRI görüntüleri
Bu fMRI görüntüleri, evleri görünce beynin bazı bölümlerinin ve yüzleri görünce diğer bölümlerinin aydınlandığını gösteren bir çalışmadan alınmıştır. 'r' değerleri, daha yüksek pozitif veya negatif değerlerle daha güçlü bir ilişkiyi (yani daha iyi bir eşleşmeyi) gösteren korelasyonlardır.

fMRI verilerini analiz etmeye yönelik yaygın bir yaklaşım, genel doğrusal model çerçevesinde her bir vokseli ayrı ayrı ele almaktır . Model, her zaman noktasında HDR'nin o noktada etkin olan olayların ölçeklenmiş ve toplanmış versiyonuna eşit olduğunu varsayar. Bir araştırmacı, herhangi bir zaman noktasında hangi olayların etkin olduğunu belirten bir tasarım matrisi oluşturur. Yaygın bir yol, örtüşen olay başına bir sütun ve zaman noktası başına bir satır içeren bir matris oluşturmak ve belirli bir olay, diyelim ki bir uyarıcı, o zaman noktasında etkinse bunu işaretlemektir. Kişi daha sonra HDR için belirli bir şekil alır ve aktif voksellerde yalnızca genliğini değiştirilebilir bırakır. Tasarım matrisi ve bu şekil, matematiksel evrişim prosedürü kullanılarak her zaman noktasında vokselin kesin HDR yanıtının bir tahminini oluşturmak için kullanılır . Bu tahmin, toplanmadan önce her olay için gereken ölçeklemeyi içermez.

Temel model, gözlemlenen HDR'nin, her bir olay için ağırlıklarla ölçeklenen ve ardından eklenen gürültü ile birlikte eklenen tahmini HDR olduğunu varsayar. Bu, bilinmeyenlerden daha fazla denklem içeren bir dizi doğrusal denklem üretir. Doğrusal bir denklem, denklemler ve bilinmeyenler eşleştiğinde çoğu koşulda kesin bir çözüme sahiptir. Bu nedenle, değişken sayısına eşit sayıda denklemin herhangi bir alt kümesini seçebilir ve çözebilir. Ancak, bu çözümler soldaki denklemlere eklendiğinde, sağ ve sol taraflar arasında bir uyumsuzluk, yani hata olacaktır. GLM modeli, hatanın karelerinin toplamını en aza indiren ölçekleme ağırlıklarını bulmaya çalışır. Hata bir çan eğrisi olarak dağıtılmışsa ve ölçekleme ve toplama modeli doğruysa, bu yöntem kanıtlanabilir şekilde optimaldir . GLM modelinin daha matematiksel bir açıklaması için genelleştirilmiş doğrusal modellere bakın .

GLM modeli, çoklu vokseller arasındaki ilişkilerin katkısını hesaba katmaz. GLM analiz yöntemleri, bir voksel veya bölgenin sinyal genliğinin bir koşul için diğerinden daha yüksek veya daha düşük olup olmadığını değerlendirirken, çoklu voksel model analizi (MVPA) gibi daha yeni istatistiksel modeller, bir voksel popülasyonu içindeki çoklu voksellerin benzersiz katkılarını kullanır. Tipik bir uygulamada, bir veri alt kümesindeki farklı koşullar için denemeleri ayırt etmek için bir sınıflandırıcı veya daha temel bir algoritma eğitilir. Eğitilen model daha sonra kalan (bağımsız) verilerin koşulları tahmin edilerek test edilir. Bu yaklaşım, en tipik olarak, farklı tarayıcı oturumları veya çalıştırmalarında eğitim ve testlerle elde edilir. Sınıflandırıcı lineer ise, eğitim modeli, her bir test seti denemesi için koşulu belirleyen tek bir sayı üretmek üzere toplanmadan önce her bir vokseldeki değeri ölçeklemek için kullanılan bir ağırlık setidir. Sınıflandırıcıların eğitimi ve test edilmesi hakkında daha fazla bilgi istatistiksel sınıflandırmadadır . İnsan beyninde görsel nesne tanıma için aynı fMRI veri setini kullanan başka bir yöntem, çoklu voksel örüntü analizine (fMRI vokselleri) ve çoklu görüntülü öğrenmeye dayalıdır. vokselleri seçin ve önemli BOLD sinyallerini seçin.

Diğer yöntemlerle birleştirme

fMRI sinyal alımını, katılımcıların tepkilerinin ve tepki sürelerinin izlenmesiyle birleştirmek yaygındır. Kalp hızı, nefes alma, cilt iletimi (terleme hızı) ve göz hareketleri gibi fizyolojik ölçümler bazen fMRI ile eş zamanlı olarak yakalanır. Yöntem ayrıca transkraniyal stimülasyon , doğrudan kortikal stimülasyon ve özellikle EEG gibi diğer beyin görüntüleme teknikleriyle birleştirilebilir . fMRI prosedürü, hem oksihemoglobin hem de deoksihemoglobin hakkında ek bilgilere sahip olmak için yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS) ile birleştirilebilir .

fMRI tekniği, benzersiz güçleri ve boşlukları nedeniyle diğer teknikleri tamamlayabilir veya tamamlayabilir. CT veya PET taramaları gibi diğer tarama yöntemlerinde bulunan iyonlaştırıcı radyasyon riski olmadan beyin sinyallerini invazif olmayan bir şekilde kaydedebilir . EEG/MEG'den farklı olarak, kortikal yüzeye doğru eğilimli olan beynin tüm bölgelerinden gelen sinyalleri de kaydedebilir. Ancak fMRI zamansal çözünürlüğü, HDR'nin zirvesine tırmanması onlarca saniye sürdüğü için EEG'ninkinden daha zayıftır. EEG'yi fMRI ile birleştirmek, bu nedenle potansiyel olarak güçlüdür, çünkü ikisinin tamamlayıcı güçleri vardır - EEG yüksek zamansal çözünürlüğe ve fMRI yüksek uzamsal çözünürlüğe sahiptir. Ancak, fMRI gradyan alanı tarafından tetiklenen değişen kan akışından gelen EEG sinyalini ve statik alandan gelen EEG sinyalini aynı anda edinmenin hesaba katılması gerekir. Ayrıntılar için, EEG ve fMRI'ye bakın .

fMRI, sağlık ve hastalıkla ilişkili nöral süreçleri yakalama potansiyeli nedeniyle öne çıkarken, transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) gibi beyin stimülasyon teknikleri, bu nöral süreçleri değiştirme gücüne sahiptir. Bu nedenle, TMS tedavisinin etki mekanizmalarını araştırmak ve diğer yandan nedenselliği başka türlü saf korelasyonel gözlemlere dahil etmek için her ikisinin bir kombinasyonuna ihtiyaç vardır. Bu eşzamanlı TMS/fMRI deneyleri için en son teknoloji ürünü kurulum, büyük hacimli bir kafa bobini, genellikle bir kuş kafesi bobini içerir ve MR uyumlu TMS bobini bu kuş kafesi bobininin içine monte edilir. Yerel ve ağ etkileşimlerini inceleyen çok sayıda deneyde uygulandı. Bununla birlikte, MR kuş kafesi tipi kafa bobini içine yerleştirilmiş TMS bobini ile klasik kurulumlar, günümüzde klinik nörogörüntülemede kullanılan çok kanallı alıcı dizilere kıyasla zayıf sinyal-gürültü oranları ile karakterize edilir. Ayrıca, MR kuş kafesi bobininin içindeki TMS bobininin varlığı, TMS bobininin altında, yani stimülasyon hedefinde artefaktlara neden olur. Bu nedenlerle, eşzamanlı TMS/fMRI deneylerine adanmış yeni MR bobin dizileri geliştirilmiştir.

fMRI'daki sorunlar

Tasarım

Temel koşul maksimum etkinleştirmeye çok yakınsa, belirli süreçler uygun şekilde temsil edilemeyebilir. Deneysel tasarımdaki diğer bir sınırlama, fMRI sinyalinin yapay yoğunluk değişikliklerine yol açabilen kafa hareketidir.

Olayla ilgili tasarıma karşı blok

Bir blok tasarımında, iki veya daha fazla koşul bloklarla değiştirilir. Her blok belirli sayıda fMRI taraması süresine sahip olacaktır ve her blok içinde yalnızca bir koşul sunulur. Koşulları yalnızca ilgilenilen bilişsel süreçte farklılaştırarak, koşulları farklılaştıran fMRI sinyali, bu bilişsel ilgilenilen süreci temsil etmelidir. Bu, çıkarma paradigması olarak bilinir. Bir uyarana yanıt olarak fMRI sinyalindeki artış ilavedir. Bu , birden fazla uyaran hızlı bir şekilde arka arkaya sunulduğunda hemodinamik yanıtın (HDR) amplitüdünün arttığı anlamına gelir . Her blok, HDR'nin taban çizgisine dönmek için yeterli zamana sahip olduğu bir dinlenme koşuluyla değiştirildiğinde, sinyalde maksimum miktarda değişkenlik sağlanır. Bu nedenle, blok tasarımlarının önemli bir istatistiksel güç sunduğu sonucuna varıyoruz. Bununla birlikte, sinyal, özellikle sadece birkaç blok kullanıldığında, baş hareketi gibi sinyal kaymasına karşı çok hassas olduğundan, bu yöntemin ciddi dezavantajları vardır. Bir başka sınırlayıcı faktör, anlamlı sonuçların çıkarılmasını engelleyebileceğinden, zayıf bir temel seçimidir. Ayrıca birçok görevin tekrarlanma yeteneğinden yoksun olmasıyla ilgili sorunlar da vardır. Her blok içinde yalnızca bir koşul sunulduğundan, bir blok içinde uyaran türlerinin rastgele seçilmesi mümkün değildir. Bu, her blok içindeki uyaran türünü çok öngörülebilir hale getirir. Sonuç olarak, katılımcılar olayların sırasının farkında olabilirler.

Olayla ilgili tasarımlar daha fazla gerçek dünya testine izin verir, ancak olayla ilgili tasarımların istatistiksel gücü doğal olarak düşüktür, çünkü tek bir uyaran sunumunu takiben BOLD fMRI sinyalindeki sinyal değişikliği küçüktür.

Hem blok hem de olayla ilgili tasarımlar, belirli bilişsel süreçlerin farklı koşullarda seçici olarak eklenebileceğini varsayan çıkarma paradigmasına dayanır . Bu iki koşul arasındaki kan akışındaki herhangi bir farkın (BOLD sinyali), farklı bilişsel süreci yansıttığı varsayılır. Ek olarak, bu model, bilişsel bir sürecin, onları etkilemeden bir dizi aktif bilişsel sürece seçici olarak eklenebileceğini varsayar.

Temel ve aktivite koşulları

Beyin asla tamamen dinlenmez. Söz konusu kişi hayatta olduğu sürece, nöronal sinyallerin işleyişini ve ateşlenmesini, oksijen kullanımını asla durdurmaz. Aslında, Stark ve Squire'ın 2001'deki çalışmasında Sıfır sıfır sıfır değil: fMRI'deki belirsiz temel koşullar sorunu , medial temporal lobdaki (ve diğer beyin bölgelerindeki) aktivite, dinlenme sırasında birkaç alternatif taban çizgisine göre önemli ölçüde daha yüksekti. koşullar. Dinlenme sırasındaki bu yüksek aktivitenin etkisi, hafıza işlevleriyle ilgili görev koşulları sırasında aktivitenin işaretini azaltmak, ortadan kaldırmak ve hatta tersine çevirmek oldu. Bu sonuçlar, dinlenme periyodlarının önemli bilişsel aktivite ile ilişkili olduğunu ve bu nedenle biliş görevleri için optimal bir temel olmadığını göstermektedir. Temel ve aktivasyon koşullarını ayırt etmek için birçok bilgiyi yorumlamak gerekir. Buna nefes almak kadar basit durumlar da dahildir. Kişi düzenli 1 nefes/5sn hızında nefes alıyorsa ve bloklar her 10 saniyede bir meydana geliyorsa, periyodik bloklar verilerde diğer varyansların aynı verileriyle sonuçlanabilir, bu da verileri bozar.

Ters çıkarım

fMRI ve MRI gibi nörogörüntüleme yöntemleri, tarama sürecinde yer alan bilişsel görevlere yanıt olarak belirli beyin alanlarının aktivasyonunun bir ölçüsünü sunar. Bu süre zarfında elde edilen veriler, bilişsel sinirbilimcilerin belirli beyin bölgelerinin bilişsel işlevdeki rolü hakkında bilgi edinmelerini sağlar. Bununla birlikte, araştırmacılar tarafından belirli beyin bölgelerinin önceden etiketlenmiş bilişsel süreçlerin aktivasyonunu tanımladığı iddia edildiğinde bir sorun ortaya çıkar. Poldrack bu sorunu açık bir şekilde açıklar:

Nörogörüntüleme verilerinden elde edilen olağan çıkarım, 'X bilişsel süreci devreye giriyorsa, o zaman beyin alanı Z aktiftir' şeklindedir. Birkaç fMRI makalesinin tartışma bölümlerinin gözden geçirilmesi, bununla birlikte, aşağıdaki biçimi alan bir akıl yürütme salgınını çabucak ortaya çıkaracaktır:
(1) Bu çalışmada, görev karşılaştırması A sunulduğunda, beyin alanı Z aktifti.
(2) Diğer çalışmalarda, bilişsel süreç X varsayılan olarak devreye girdiğinde, beyin alanı Z aktifti.
(3) Bu nedenle, bu çalışmadaki Z alanının etkinliği, görev karşılaştırması A ile bilişsel süreç X'in katılımını gösterir.
Bu bir "ters çıkarım"dır, çünkü beyin aktivasyonunun varlığından belirli bir bilişsel işlevin devreye girmesine kadar geriye doğru akıl yürütür.

Ters çıkarsama, az önce bulduğunuz şeyi onaylamanın mantıksal yanlışlığını gösterir, ancak bu mantık, belirli bir sonucun yalnızca belirli bir olay tarafından üretildiği örneklerle desteklenebilir. Beyin ve beyin işleviyle ilgili olarak, belirli bir beyin bölgesinin yalnızca tek bir bilişsel süreç tarafından etkinleştirilmesi nadiren olur. Ters çıkarımın meşruluğunu geliştirmek için bazı öneriler, hem ilgili beyin bölgesindeki yanıtın seçiciliğini artırmayı hem de söz konusu bilişsel sürecin önceki olasılığını artırmayı içeriyordu . Ancak Poldrack, ters çıkarımın, sonuçları yorumlamak için doğrudan bir araçtan ziyade, yalnızca daha fazla araştırmayı yönlendirmek için bir kılavuz olarak kullanılması gerektiğini öne sürüyor.

ileri çıkarım

İleri çıkarım, rakip bilişsel teoriler arasında ayrım yapmak için beyin aktivasyon kalıplarını kullanan veri odaklı bir yöntemdir. Bilişsel psikolojinin ayrışma mantığı ve felsefenin ileriye doğru zincirleme özellikleriyle ortak özellikler taşır . Örneğin, Henson , tanıma belleğiyle ilgili olarak " tek süreç kuramına karşı ikili süreç kuramına karşı " tartışmaya ileri çıkarımın katkısını tartışır . İleriye dönük çıkarım, " hatırlamak ve bilmek yargıları " arasında ayrım yaparken niteliksel olarak farklı iki beyin aktivasyon modeli olduğunu göstererek ikili süreç teorisini destekler . İleriye dönük çıkarımın temel sorunu, korelasyonel bir yöntem olmasıdır . Bu nedenle, bilişsel süreç sırasında aktive olan beyin bölgelerinin, bu süreçlerin yürütülmesi için tamamen gerekli olduğundan tam olarak emin olamaz. Aslında, sadece bunu gösteren birçok bilinen vaka var. Örneğin, klasik kondisyonlama sırasında hipokampusun aktive olduğu gösterilmiştir , ancak lezyon çalışmaları, klasik kondisyonun hipokampus olmadan da gerçekleşebileceğini göstermiştir.

Riskler

Bir fMRI çalışmasına katılanlar için en yaygın risk klostrofobidir ve hamile kadınların tarama sürecinden geçmeleri için rapor edilmiş riskler vardır. Tarama oturumları ayrıca katılımcıları , güçlü statik alanda hızla değişen akım tarafından gradyan bobinlerde indüklenen Lorentz kuvvetlerinden kaynaklanan yüksek tiz seslere maruz bırakır . Gradyan geçişi ayrıca vücutta sinirlerin karıncalanmasına neden olan akımları indükleyebilir. Kalp pili gibi implante edilmiş tıbbi cihazlar bu akımlar nedeniyle arızalanabilir. Uyarma bobininin radyo frekans alanı vücudu ısıtabilir ve ateşi olanlarda, şeker hastalarında ve dolaşım sorunları olanlarda bu daha dikkatli izlenmelidir. Metal kolyeler ve diğer takılardan kaynaklanan yerel yanma da bir risktir.

Güçlü statik manyetik alan, yakındaki ağır metal nesneleri çekerek onları mermilere dönüştürerek hasara neden olabilir.

Çok güçlü statik manyetik alanlardan bile kanıtlanmış biyolojik zarar riski yoktur. Ancak, genotoksik (yani potansiyel kanserojen) MR tarama etkileri "daha ileri çalışmalar ve tetkik yapılmasını önlemek için ihtiyatlı kullanımı için ihtiyaç göre tavsiye etmek son gözden lider, in vivo ve in vitro olarak ortaya konmuştur ihtiyat ilkesinin " . MRG'nin genotoksik etkilerinin BT taramaları ile karşılaştırılmasında, Knuuti ve ark. MRG'den sonra tespit edilen DNA hasarının, iyonlaştırıcı radyasyon (düşük doz koroner BT anjiyografi, nükleer görüntüleme ve X-ışını anjiyografisi) kullanan taramalar tarafından üretilenle karşılaştırılabilir bir seviyede olmasına rağmen, bu hasarın aldığı mekanizmadaki farklılıklar olduğunu bildirdi. yer, MRG'nin kanser riskinin, varsa, bilinmediğini öne sürüyor.

Gelişmiş yöntemler

İlk fMRI çalışmaları, diğer tekniklerden görevlerle ilişkilendirildiği bilinen beyin aktivitesine karşı tekniği doğruladı. 2000'lerin başında, fMRI çalışmaları yeni korelasyonlar keşfetmeye başladı. Yine de teknik dezavantajları, araştırmacıları hem klinik hem de araştırma çalışmalarının gücünü artırmak için daha gelişmiş yollar denemeye teşvik etti.

Daha iyi uzaysal çözünürlük

MRG, genel olarak, EEG ve MEG'den daha iyi uzaysal çözünürlüğe sahiptir, ancak tek üniteli elektrotlar gibi invaziv prosedürler kadar iyi bir çözünürlüğe sahip değildir. Tipik çözünürlükler milimetre aralığındayken, ultra yüksek çözünürlüklü MRI veya MR spektroskopisi onlarca mikrometre çözünürlükte çalışır. 7 T alanı, fareler gibi küçük hayvanlara sığabilecek küçük çaplı tarayıcılar ve ince demir oksit gibi harici kontrast maddeleri kullanır. Bir insanı takmak, özellikle alanın tek tip olması gerekiyorsa, daha yüksek alan kuvvetlerinin elde edilmesini zorlaştıran daha büyük çaplı tarayıcılar gerektirir; ayrıca BOLD gibi dahili kontrast veya demir oksitten farklı olarak toksik olmayan harici kontrast madde gerektirir.

Paralel görüntüleme, uzaysal çözünürlüğü geliştirmek için başka bir tekniktir. Bu, uyarma ve alım için çoklu bobinler kullanır. Mekansal çözünürlük, kullanılan bobin sayısının karekökü olarak iyileşir. Bu, bobinlerin paralel olarak birleştirildiği ve genellikle örneklemedeki boşluklarla örtüşen alanları örneklediği aşamalı bir diziyle veya uyarma bobinlerinden ayrı çok daha yoğun bir alıcı seti olan büyük bobin dizileriyle yapılabilir. Ancak bunlar, beyin yüzeyinden gelen sinyalleri daha iyi ve hipokampus gibi daha derin yapılardan daha az alırlar .

Daha iyi zamansal çözünürlük

fMRI'nin zamansal çözünürlüğü aşağıdakilerle sınırlıdır: (1) yavaş çalışan kan akışını artıran geri bildirim mekanizması; (2) bir dilimi tekrar örneklemeden önce net mıknatıslanma düzelene kadar beklemek zorunda kalmak; ve (3) tüm beyni veya ilgilenilen bölgeyi kaplamak için birden fazla dilim elde etmek zorunda kalmak. Zamansal çözünürlüğü geliştirmeye yönelik gelişmiş teknikler bu sorunları ele alır. Çoklu bobinlerin kullanılması, kullanılan bobinlerle tam orantılı olarak alım süresini hızlandırır. Diğer bir teknik, sinyalin hangi kısımlarının daha az önemli olduğuna karar vermek ve bunları bırakmaktır. Bu, görüntünün bir uzamsal haritada sıklıkla tekrarlanan bölümleri (yani, görüntüyü periyodik olarak noktalayan küçük kümeler) veya seyrek olarak yinelenen bölümler (daha büyük kümeler) olabilir. Birincisi, k-uzayda yüksek geçiren bir filtre, Gary H. Glover ve Stanford'daki meslektaşları tarafından önerildi . Bu mekanizmalar, araştırmacının aktivasyon görüntüsünün beklenen şekli hakkında bir fikri olduğunu varsayar.

Tipik gradyan-yankı EPI, bir dilim içinde iki gradyan bobini kullanır ve k-uzayda bir dizi çizgiyi izleyerek önce bir bobini ve ardından diğerini açar. Her iki gradyan bobininin açılması, aynı ızgara alanını daha hızlı kaplayan açılı çizgiler oluşturabilir. Her iki gradyan bobin de k-uzayda bir spiral şekli izlemek için belirli bir sırayla açılabilir. Bu spiral görüntüleme dizisi, görüntüleri gradyan-yankı dizilerinden daha hızlı elde eder, ancak daha fazla matematiksel dönüşüme (ve sonuç olarak varsayımlara) ihtiyaç duyar, çünkü voksel uzayına geri dönüştürmek, verilerin ızgara biçiminde olmasını gerektirir (hem yatay hem de dikey yönlerde eşit aralıklı noktalar kümesi) .

Yeni kontrast mekanizmaları

BOLD kontrast, hem uyarana yanıt olarak yavaş olan hem de gürültülü etkilere maruz kalan kan akışına bağlıdır. Şimdi daha iyi kontrast sağlamak için bakılan diğer biyobelirteçler arasında sıcaklık, asitlik/alkalinite (pH), kalsiyuma duyarlı maddeler, nöronal manyetik alan ve Lorentz etkisi sayılabilir. Sıcaklık kontrastı, aktivitesinden kaynaklanan beyin sıcaklığındaki değişikliklere bağlıdır. Glikozun ilk yanması sıcaklığı yükseltir ve ardından taze, soğuk kan akışı onu düşürür. Bu değişiklikler dokunun manyetik özelliklerini değiştirir. Dahili kontrastı ölçmek çok zor olduğundan , etkiyi arttırmak için thulium bileşikleri gibi harici ajanlar kullanılır. pH'a dayalı kontrast, aktif hale geldiklerinde beyin hücrelerinin asit/alkali dengesindeki değişikliklere bağlıdır. Bu çok sıklıkla harici bir ajan kullanır. Kalsiyuma duyarlı ajanlar, MRG'yi kalsiyum konsantrasyonlarına daha duyarlı hale getirir, kalsiyum iyonları genellikle aktif nöronlardaki hücresel sinyal yollarının habercisidir . Nöronal manyetik alan kontrastı, nöronal ateşlemeden kaynaklanan manyetik ve elektriksel değişiklikleri doğrudan ölçer. Lorentz etkisi görüntüleme, güçlü statik alan içinde bir elektrik akımı taşıyan aktif nöronların fiziksel yer değiştirmesini ölçmeye çalışır.

Ticari kullanım

Bazı deneyler, insanların marka tercihlerinin sinirsel bağıntılarını göstermiştir. Samuel M. McClure , dorsolateral prefrontal korteksin , hipokampusun ve orta beynin , etiketlenmemiş kola içtikleri zamana kıyasla, bilerek Coca-Cola içtiğinde daha aktif olduğunu göstermek için fMRI kullandı . Diğer çalışmalar, erkeklerin spor araba tercihlerini karakterize eden beyin aktivitesini ve hatta 11 Eylül saldırılarının görüntüleriyle kampanya reklamlarına tepkilerinde Demokratlar ve Cumhuriyetçiler arasındaki farklılıkları göstermiştir. Nöropazarlama şirketleri, kullanıcı tercihlerini sorgulamak için geleneksel anket tekniğinden daha iyi bir araç olarak bu çalışmaları ele geçirdi. Böyle bir şirket BrightHouse'du, şimdi kapatıldı. Bir diğeri, müşterilere fMRI'yi pazarlama faaliyetlerinin bir parçası olarak potansiyel olarak nasıl kullanabileceklerini tavsiye eden Oxford, İngiltere merkezli Neurosense'dir. Üçüncüsü Kaliforniya'daki Satış Beyni.

Yalan tespitinde fMRI kullanmak üzere en az iki şirket kuruldu : No Lie MRI ve Cephos Corporation. Hizmetleri için hiçbir Lie MRI ücreti 5000$'a yakın değildir. Bu şirketler, Harvard Üniversitesi'nden Joshua Greene'in yalan söylemeyi düşünenlerde prefrontal korteksin daha aktif olduğunu öne süren bir çalışmasından elde edilen kanıtlara dayanıyor.

Bununla birlikte, bu tekniklerin yasal bir ortamda kullanılabilecek kadar güvenilir olup olmadığı konusunda hala oldukça fazla tartışma var. Bazı araştırmalar, genel olarak pozitif bir korelasyon olmasına rağmen, bulgular arasında büyük farklılıklar olduğunu ve bazı durumlarda bulguları tekrarlamanın önemli ölçüde zor olduğunu göstermektedir. Tennessee'deki bir federal sulh hakimi, bu tür taramaların yasal bilimsel kanıt standardına uymadığı gerekçesiyle fMRI kanıtlarının sanığın doğruyu söylediği iddiasını desteklemesini yasakladı. Çoğu araştırmacı fMRI'nin aldatmayı tespit etme yeteneği konusunda hemfikir. gerçek bir yaşam ortamında kurulmamıştır.

fMRI kullanımı, tarihi boyunca yasal tartışmaların dışında bırakılmıştır. fMRI'yi destekleyen kanıtlardaki delikler nedeniyle bu teknolojinin kullanımına izin verilmedi. İlk olarak, fMRI'lerin doğruluğunu destekleyen kanıtların çoğu, katı gerçeklerle kontrollü koşullar altında bir laboratuarda yapıldı. Bu tür testler gerçek hayatla ilgili değildir. Gerçek hayat senaryoları, diğer birçok etkileyen faktörle çok daha karmaşık olabilir. BOLD'u tipik bir yalandan başka birçok faktörün etkilediği gösterilmiştir. Uyuşturucu kullanımının beyindeki kan akışını değiştirdiğini ve bunun BOLD testinin sonucunu büyük ölçüde etkilediğini gösteren testler yapılmıştır. Ayrıca, şizofreni veya kompulsif yalan söyleme gibi hastalıkları veya rahatsızlıkları olan bireyler de anormal sonuçlara yol açabilir. Son olarak, fMRI taramasıyla ilgili etik bir soru var. BOLD'un bu testi, fMRI'ların bir mahremiyet istilası olup olmadığı konusunda tartışmalara yol açmıştır. İnsanların ne düşündüklerini tarayıp yorumlayabilmek ahlaksızlık olarak değerlendirilebilir ve tartışmalar halen devam etmektedir.

Bu faktörler ve daha fazlası nedeniyle, fMRI kanıtları herhangi bir hukuk sisteminden çıkarılmıştır. Test çok kontrolsüz ve tahmin edilemez. Bu nedenle, fMRI'nin yasal sistem gözünde uygulanabilir olarak kabul edilebilmesi için daha çok test yapması gerektiği belirtildi.

eleştiri

Bazı bilim adamları fMRI çalışmalarını, genellikle düşük güçlü , küçük örneklemli çalışmalara dayanan sorunlu istatistiksel analizler için eleştirdiler . Diğer fMRI araştırmacıları, çalışmalarını geçerli olarak savundular. 2018'de Turner ve meslektaşları, küçük boyutların göreve dayalı fMRI çalışmalarının tekrarlanabilirliğini etkilediğini öne sürdüler ve en az 100 katılımcılı veri setlerinin bile, üzerinde tartışmalar olmasına rağmen sonuçların iyi kopyalanmayabileceğini iddia ettiler.

Gerçek ama hicivli bir fMRI çalışmasında, ölü bir somon balığına farklı duygusal durumlardaki insanların resimleri gösterildi. Yazarlar, yaygın olarak kullanılan iki farklı istatistiksel teste göre, somonun beyninde anlamlı aktivite öneren alanların kanıtlarını sağladılar. Çalışma, tipik bir fMRI taramasında çok sayıda voksel ve çoklu karşılaştırma sorunu göz önüne alındığında, fMRI araştırmalarında daha dikkatli istatistiksel analizlere olan ihtiyacı vurgulamak için kullanıldı . Tartışmalar 2010'da yayınlanmadan önce, fMRI ile ilgili yayınlanan çalışmaların %25 ila %40'ı düzeltilmiş karşılaştırmaları kullanmıyordu. Ancak 2012 yılına kadar bu sayı %10'a düştü. Time'da yazan Dr. Sally Satel, beyin taramalarının bilimsel bir değeri olmasına rağmen, bireysel beyin alanlarının çoğu zaman birden fazla amaca hizmet ettiği ve basın raporlarında yaygın olarak kullanılan "ters çıkarımların" geçersiz sonuçlara varma konusunda önemli bir şans taşıdığı konusunda uyardı. 2015 yılında, fMRI hesaplamalarında, 2015'ten önceki en az 40.000 fMRI çalışmasını geçersiz kılacak istatistiksel bir hata bulunduğu keşfedildi ve araştırmacılar, hata düzeltmesinden önceki sonuçlara güvenilemeyeceğini öne sürüyorlar. Ayrıca, daha sonra, yazılımdaki parametrelerin nasıl ayarlandığı, yanlış pozitif oranı belirlediği gösterildi. Başka bir deyişle, çalışma sonucu yazılım parametreleri değiştirilerek belirlenebilir.

2020'de fMRI'yi kullanan ilk araştırmacılardan biri olan profesör Ahmad Hariri (Duke Üniversitesi), fMRI'nin bireysel insanlar üzerinde güvenilirliğini test etmeye çalışan büyük ölçekli bir deney gerçekleştirdi. Çalışmada, fMRI kullanan psikoloji alanında yayınlanmış 56 makaleden protokolleri kopyaladı. Sonuçlar, fMRI'nin bireysel vakalar söz konusu olduğunda düşük güvenilirliğe sahip olduğunu, ancak genel insan düşünce kalıpları söz konusu olduğunda iyi güvenilirliğe sahip olduğunu göstermektedir.

Change Your Brain & Change Your Life kitabının psikiyatrist yazarı Daniel Amen , bir kişinin beyninin aktivitesini bilinen sağlıklı bir modelle karşılaştırmak için tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi veya SPECT, beyin aktivitesi taramalarını kullanır. Bazıları, kliniklerinin insanları zararlı radyasyona açık bir faydası olmadan maruz bıraktığını söylüyor.

Ayrıca bakınız

Notlar

alıntılar

Referanslar

ders kitapları

  • EMRF/TRTF (Peter A. Rinck, ed.), Manyetik Rezonans: Hakemli , eleştirel bir giriş ( Ücretsiz erişimli çevrimiçi ders kitabı )
  • Joseph P. Hornak, MRI'nın Temelleri ( çevrimiçi )
  • Richard B. Buxton, Fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemeye giriş: İlkeler ve teknikler , Cambridge University Press, 2002, ISBN  0-521-58113-3
  • Roberto Cabeza ve Alan Kingstone, Editörler, Handbook of Functional Neuroimaging of Cognition, İkinci Baskı , MIT Press, 2006, ISBN  0-262-03344-5
  • Huettel, SA; Şarkı, AW; McCarthy, G., Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme İkinci Baskı , 2009, Massachusetts: Sinauer, ISBN  978-0-87893-286-3

daha fazla okuma

Dış bağlantılar