Hoe functionele magnetische resonantiebeeldvorming werkt

Magnetic Resonance Imaging (MRI) heeft artsen de mogelijkheid gegeven om zeer goede beelden van de hersenstructuren te verkrijgen. Een nieuwere techniek die bekend staat als functionele MRI kan nog verder gaan door ook indirect de hersenactiviteit te meten. Hoewel de techniek meestal alleen in onderzoeksstudies wordt gebruikt, komt deze steeds vaker voor in de klinische setting.

U bent waarschijnlijk ooit afbeeldingen tegengekomen die met functionele MRI zijn gemaakt. Ze laten een brein zien met gekleurde gebieden die gebieden van de hersenen voorstellen die verband houden met een functie, zoals taal of beweging. Deze onderzoeken zijn erg populair: elke maand worden honderden wetenschappelijke artikelen gepubliceerd waarin deze technologie wordt gebruikt, waarvan er vele ook in de lekenpers worden genoemd. Maar hoe worden deze afbeeldingen gemaakt en wat vertegenwoordigen ze eigenlijk?

Matthew Simmons / Stringer / Getty Images

Hoe functionele MRI werkt

Functionele MRI maakt gebruik van een speciaal signaal dat bloedzuurstofniveau-afhankelijk (BOLD) contrast wordt genoemd. Bloed dat door de hersenen stroomt, vervoert zuurstof op moleculen die hemoglobine worden genoemd. Hemoglobinemoleculen dragen ook ijzer en hebben daarom een ​​magnetisch signaal. Het blijkt dat hemoglobinemoleculen andere magnetische eigenschappen hebben wanneer ze aan zuurstof zijn gehecht dan wanneer ze geen zuurstof vervoeren, en dit kleine verschil kan worden gedetecteerd met een MRI-machine.

Wanneer een deel van de hersenen actiever is, verbruikt het in eerste instantie veel zuurstof in het bloed. Kort daarna verwijden de hersenen lokale bloedvaten om de zuurstoftoevoer te herstellen. De hersenen kunnen dit werk zelfs iets te goed doen, zodat er meer zuurstofrijk bloed het gebied in gaat dan er aanvankelijk werd gebruikt. De MRI-machine kan het verschil in signaal detecteren dat het gevolg is van deze toename van zuurstof in het bloed.

Functionele MRI-onderzoeken kijken dus niet rechtstreeks naar neuronale activiteit, maar kijken naar hoe de zuurstofniveaus in het bloed veranderen en hoe deze activiteit correleert met het vuren van zenuwen. Studies hebben aangetoond dat deze aanname meestal correct is, hoewel ziekten zoals vasculaire misvormingen, tumoren en zelfs normale veroudering de relatie tussen neurale activiteit en de lokale bloedstroom kunnen veranderen die resulteert in een BOLD-signaal.

Hoe artsen functionele MRI gebruiken

Omdat het een relatief nieuwere technologie is en omdat andere technieken soortgelijke vragen kunnen beantwoorden als fMRI, wordt fMRI niet vaak gebruikt in klinische of ziekenhuisomgevingen. Het kan echter worden gebruikt om belangrijke hersenoperaties te plannen. Als een neurochirurg bijvoorbeeld een hersentumor wil verwijderen die dicht bij de taalcentra van de hersenen zit, kunnen ze een fMRI-onderzoek bestellen om precies te laten zien welke delen van de hersenen bij taal betrokken zijn. Dit helpt de neurochirurg om beschadiging van die gebieden te voorkomen tijdens het uitvoeren van een operatie. Het meest voorkomende gebruik van fMRI is echter in medisch onderzoek.

Soorten onderzoek gedaan met behulp van fMRI

Er zijn twee manieren om fMRI te gebruiken om de hersenfunctie te visualiseren. Eén methode is gericht op het vinden van specifieke delen van de hersenen die reageren op een taak of stimulus. De persoon in de MRI-scanner kan bijvoorbeeld op sommige punten een knipperend dambord te zien krijgen en soms een leeg scherm. Ze kunnen worden gevraagd om op een knop te drukken wanneer ze het knipperende schaakbord zien. Het signaal tijdens de taak wordt dan vergeleken met het signaal wanneer de taak niet wordt uitgevoerd, en het resultaat zal een soort beeld zijn van welke hersengebieden erbij betrokken waren bij het zien van een knipperend dambord en vervolgens op een knop drukken.

De andere manier waarop fMRI kan worden gebruikt, is om neurale netwerken te evalueren. Dit houdt in dat je moet uitzoeken welke delen van de hersenen met elkaar praten. Als een deel van de hersenen gewoonlijk tegelijkertijd met een ander gebied oplicht, kunnen deze twee delen van de hersenen met elkaar zijn verbonden. Er is misschien zelfs geen taak nodig om dit soort onderzoek te doen. Om deze reden worden deze onderzoeken soms functionele magnetische resonantiebeeldvorming in rusttoestand genoemd.

De informatie die afkomstig is van functionele MRI-onderzoeken is erg ingewikkeld en vereist veel statistische analyse om zinvol te zijn. Dit leidde er aanvankelijk toe dat veel mensen de resultaten van functionele MRI-onderzoeken wantrouwden, omdat het leek alsof er veel mogelijke fouten in de analyse waren. Omdat zowel onderzoekers als recensenten meer vertrouwd zijn geraakt met de nieuwe technologie, worden de resultaten zowel betrouwbaarder als betrouwbaarder.

Wat de toekomst brengt

Functionele MRI-onderzoeken hebben al veel verschillende dingen over de hersenen aangetoond, naast het bevestigen van wat we al wisten over neurale paden en lokalisatie. Hoewel het moeilijk is om te zeggen of fMRI ooit algemeen zal worden gebruikt in een klinische setting, maken de populariteit en effectiviteit ervan als onderzoeksinstrument alleen het belangrijk voor zowel artsen als leken om een ​​basiskennis te hebben van hoe deze tool werkt.