تصویربرداری عصبی ساختاری و عملکردی
تصویربرداری عصبی مجموعهای از تکنیکها است که مغز زنده را به تصویر میکشد. تصویربرداری ساختاری آناتومی — شکل، اندازه و ترکیب بافتی نواحی مغز — را نشان میدهد، در حالی که تصویربرداری عملکردی فعالیت را استنباط میکند، که اغلب از تغییرات جریان خون و اکسیژنرسانی خون که همراه با پردازش عصبی هستند، ناشی میشود. این دو با هم امکان مطالعه غیرتهاجمی ساختار و عملکرد مغز را فراهم میکنند.
Definition
تصویربرداری عصبی ساختاری، آناتومی و خواص بافتی مغز را به تصویر میکشد، در حالی که تصویربرداری عصبی عملکردی، همبستههای فعالیت عصبی مانند جریان خون و اکسیژنرسانی را اندازهگیری میکند و امکان ارزیابی ساختار و عملکرد را به صورت درونتنی (in vivo) فراهم میآورد.
Scope
این موضوع به بررسی روشهای اصلی ساختاری (توموگرافی کامپیوتری و MRI ساختاری، شامل تصویربرداری انتشاری و مورفومتری) و روشهای عملکردی (MRI عملکردی مبتنی بر کنتراست وابسته به سطح اکسیژن خون، و تحلیل اتصالپذیری عملکردی و مؤثر) میپردازد. این مطلب آنچه را که هر روش به عنوان روششناسی مرجع اندازهگیری میکند، نه به عنوان راهنمای بالینی، توصیف میکند.
Core questions
- تصویربرداری ساختاری چه چیزی را اندازهگیری میکند و چه تفاوتی با تصویربرداری عملکردی دارد؟
- MRI عملکردی چگونه فعالیت عصبی را از سیگنالهای اکسیژنرسانی خون استنباط میکند؟
- چگونه تصاویر به معیارهای کمی از ساختار و اتصالپذیری مغز تبدیل میشوند؟
Key concepts
- توموگرافی کامپیوتری و MRI ساختاری
- تصویربرداری وزندار انتشاری
- مورفومتری مبتنی بر وکسل و سطح
- کنتراست وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD)
- اتصالپذیری عملکردی و مؤثر
- تصویربرداری حالت استراحت و حالت پیشفرض
- قطعهبندی و کمیسازی تصویر
Mechanisms
MRI ساختاری بافتها را بر اساس خواص رزونانس مغناطیسی آنها متمایز میکند، و تصویربرداری انتشاری از حرکت آب برای بررسی ریزساختار و جهتگیری فیبرها بهره میبرد (Le Bihan et al., 1986). MRI عملکردی بر کشف این موضوع استوار است که خون اکسیژنزدایی شده و اکسیژندار از نظر حساسیت مغناطیسی متفاوت هستند، بنابراین تغییرات در اکسیژنرسانی موضعی خون که به دنبال فعالیت عصبی رخ میدهد، سیگنال قابل اندازهگیری وابسته به سطح اکسیژن خون را تولید میکند (Ogawa et al., 1990). تحلیل چگونگی همتغییری این سیگنالها در مناطق مختلف، معیارهایی از اتصالپذیری عملکردی و مؤثر را به دست میدهد (Friston, 1994)، از جمله الگوهایی که در حالت استراحت و در غیاب یک وظیفه صریح مشاهده میشوند (Gusnard & Raichle, 2001). خطوط لوله خودکار، تصاویر را برای تبدیل آنها به اندازهگیریهای آناتومیکی کمی، قطعهبندی و برچسبگذاری میکنند (Fischl, 2012).
Clinical relevance
روشهای تصویربرداری عصبی زیربنای چگونگی مشاهده و اندازهگیری ساختار و عملکرد مغز در تحقیقات و عمل هستند، و درک آنچه هر روش اندازهگیری میکند، از تفسیر دقیق حمایت میکند. این مدخل یک ماده مرجع روششناختی است و معیارهای تشخیصی یا توصیههای درمانی ارائه نمیدهد.
History
توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس برای اولین بار امکان مشاهده آناتومی مغز را در افراد زنده فراهم کرد، و سپس تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کنتراست بافت نرم برتر و تصویربرداری ریزساختاری مبتنی بر انتشار را ارائه داد (Le Bihan et al., 1986). کشف کنتراست وابسته به سطح اکسیژن خون (Ogawa et al., 1990) MRI عملکردی را راهاندازی کرد، پس از آن تحلیل اتصالپذیری (Friston, 1994) و مطالعه فعالیت حالت استراحت (Gusnard & Raichle, 2001) این حوزه را گسترش دادند، که با ابزارهای تحلیل تصویر خودکار (Fischl, 2012) پشتیبانی شد.
Debates
- سیگنال BOLD در واقع چه چیزی را منعکس میکند؟
- MRI عملکردی سیگنال اکسیژنرسانی خون را اندازهگیری میکند که یک نماینده غیرمستقیم و عروقی برای فعالیت عصبی است، بنابراین رابطه دقیق بین پاسخ BOLD و رویدادهای نورونی زیربنایی یک نکته تفسیری باقی میماند.
Key figures
- Seiji Ogawa
- Denis Le Bihan
- Karl Friston
- Marcus Raichle
- Bruce Fischl
Related topics
Seminal works
- ogawa-1990
- le-bihan-1986
- friston-1994
Frequently asked questions
- تفاوت بین تصویربرداری عصبی ساختاری و عملکردی چیست؟
- تصویربرداری عصبی ساختاری آناتومی و بافت مغز را به تصویر میکشد، در حالی که تصویربرداری عصبی عملکردی همبستههای فعالیت، مانند تغییرات اکسیژنرسانی خون که همراه با پردازش عصبی هستند، را اندازهگیری میکند.
- آیا MRI عملکردی نورونها را مستقیماً اندازهگیری میکند؟
- خیر. این روش سیگنال وابسته به سطح اکسیژن خون را اندازهگیری میکند، که یک نماینده غیرمستقیم عروقی است و فعالیت عصبی را دنبال میکند، نه اینکه فعالیت نورونها را مستقیماً ثبت کند.