संरचनात्मक और कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग

न्यूरोइमेजिंग उन तकनीकों का समूह है जो जीवित मस्तिष्क का चित्रण करती हैं। संरचनात्मक इमेजिंग शरीर रचना विज्ञान को दर्शाती है — मस्तिष्क क्षेत्रों का आकार, माप और ऊतक संरचना — जबकि कार्यात्मक इमेजिंग गतिविधि का अनुमान लगाती है, जो अक्सर तंत्रिका प्रसंस्करण के साथ होने वाले रक्त-प्रवाह और रक्त-ऑक्सीजन परिवर्तन से होता है। साथ में, वे मस्तिष्क की संरचना और कार्य का गैर-आक्रामक रूप से अध्ययन करने की अनुमति देते हैं।

Definition

संरचनात्मक न्यूरोइमेजिंग मस्तिष्क की शरीर रचना और ऊतक गुणों को दर्शाती है, जबकि कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग तंत्रिका गतिविधि के सहसंबंधों को मापती है जैसे रक्त प्रवाह और ऑक्सीजनेशन, जिससे इन विवो (in vivo) में संरचना और कार्य दोनों का आकलन किया जा सकता है।

Scope

यह विषय प्रमुख संरचनात्मक विधियों (कंप्यूटेड टोमोग्राफी और संरचनात्मक एमआरआई, जिसमें डिफ्यूजन इमेजिंग और मॉर्फोमेट्री शामिल हैं) और कार्यात्मक विधियों (रक्त-ऑक्सीजन-स्तर-निर्भर कंट्रास्ट पर आधारित कार्यात्मक एमआरआई, और कार्यात्मक और प्रभावी कनेक्टिविटी का विश्लेषण) को शामिल करता है। यह वर्णन करता है कि प्रत्येक विधि संदर्भ पद्धति के रूप में क्या मापती है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन के रूप में।

Core questions

• संरचनात्मक इमेजिंग क्या मापती है, और यह कार्यात्मक इमेजिंग से कैसे भिन्न है?
• कार्यात्मक एमआरआई रक्त-ऑक्सीजनेशन संकेतों से तंत्रिका गतिविधि का अनुमान कैसे लगाता है?
• छवियों को मस्तिष्क संरचना और कनेक्टिविटी के मात्रात्मक मापों में कैसे बदला जाता है?

Key concepts

• कंप्यूटेड टोमोग्राफी और संरचनात्मक एमआरआई
• डिफ्यूजन-भारित इमेजिंग
• वोक्सेल- और सतह-आधारित मॉर्फोमेट्री
• रक्त-ऑक्सीजन-स्तर-निर्भर (BOLD) कंट्रास्ट
• कार्यात्मक और प्रभावी कनेक्टिविटी
• आराम-अवस्था इमेजिंग और डिफ़ॉल्ट मोड
• छवि विभाजन और प्रमाणीकरण

Mechanisms

संरचनात्मक एमआरआई अपने चुंबकीय-अनुनाद गुणों द्वारा ऊतकों को अलग करता है, और डिफ्यूजन इमेजिंग सूक्ष्म संरचना और फाइबर अभिविन्यास की जांच के लिए पानी की गति का उपयोग करती है (Le Bihan et al., 1986)। कार्यात्मक एमआरआई इस खोज पर निर्भर करता है कि डीऑक्सीजनेटेड और ऑक्सीजनेटेड रक्त चुंबकीय संवेदनशीलता में भिन्न होते हैं, इसलिए तंत्रिका गतिविधि के बाद स्थानीय रक्त ऑक्सीजनेशन में परिवर्तन एक मापने योग्य रक्त-ऑक्सीजन-स्तर-निर्भर संकेत (Ogawa et al., 1990) उत्पन्न करते हैं। यह विश्लेषण करना कि ये संकेत क्षेत्रों में कैसे सह-परिवर्तन करते हैं, कार्यात्मक और प्रभावी कनेक्टिविटी (Friston, 1994) के माप प्रदान करता है, जिसमें एक स्पष्ट कार्य की अनुपस्थिति में आराम की स्थिति में देखे गए पैटर्न (Gusnard & Raichle, 2001) भी शामिल हैं। स्वचालित पाइपलाइन छवियों को खंडित और लेबल करती हैं ताकि उन्हें मात्रात्मक शारीरिक माप (Fischl, 2012) में परिवर्तित किया जा सके।

Clinical relevance

न्यूरोइमेजिंग विधियाँ अनुसंधान और अभ्यास में मस्तिष्क की संरचना और कार्य का अवलोकन और माप कैसे किया जाता है, इसका आधार बनती हैं, और प्रत्येक विधि क्या मापती है, यह समझना सावधानीपूर्वक व्याख्या का समर्थन करता है। यह प्रविष्टि एक पद्धतिगत संदर्भ सामग्री है और नैदानिक मानदंड या उपचार सलाह प्रदान नहीं करती है।

History

एक्स-रे कंप्यूटेड टोमोग्राफी ने पहली बार जीवित लोगों में मस्तिष्क की शरीर रचना को देखने की अनुमति दी, और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग ने तब बेहतर नरम-ऊतक कंट्रास्ट और डिफ्यूजन-आधारित सूक्ष्म संरचनात्मक इमेजिंग (Le Bihan et al., 1986) की पेशकश की। रक्त-ऑक्सीजन-स्तर-निर्भर कंट्रास्ट (Ogawa et al., 1990) की खोज ने कार्यात्मक एमआरआई को जन्म दिया, जिसके बाद कनेक्टिविटी विश्लेषण (Friston, 1994) और आराम-अवस्था गतिविधि (Gusnard & Raichle, 2001) के अध्ययन ने इस क्षेत्र को व्यापक बनाया, जिसे स्वचालित छवि-विश्लेषण उपकरणों (Fischl, 2012) द्वारा समर्थित किया गया।

Debates

BOLD संकेत वास्तव में क्या दर्शाता है?

कार्यात्मक एमआरआई एक रक्त-ऑक्सीजनेशन संकेत को मापता है जो तंत्रिका गतिविधि के लिए एक अप्रत्यक्ष, संवहनी प्रॉक्सी है, इसलिए BOLD प्रतिक्रिया और अंतर्निहित न्यूरोनल घटनाओं के बीच सटीक संबंध एक व्याख्यात्मक चेतावनी बनी हुई है।

Key figures

• Seiji Ogawa
• Denis Le Bihan
• Karl Friston
• Marcus Raichle
• Bruce Fischl

Seminal works

• ogawa-1990
• le-bihan-1986
• friston-1994

Frequently asked questions

संरचनात्मक और कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग में क्या अंतर है?

संरचनात्मक न्यूरोइमेजिंग मस्तिष्क की शरीर रचना और ऊतक को चित्रित करती है, जबकि कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग गतिविधि के सहसंबंधों को मापती है, जैसे कि रक्त-ऑक्सीजनेशन परिवर्तन जो तंत्रिका प्रसंस्करण के साथ होते हैं।

क्या कार्यात्मक एमआरआई सीधे न्यूरॉन्स को मापता है?

नहीं। यह एक रक्त-ऑक्सीजन-स्तर-निर्भर संकेत को मापता है, एक अप्रत्यक्ष संवहनी प्रॉक्सी जो तंत्रिका गतिविधि का अनुसरण करता है न कि सीधे न्यूरॉन्स की गतिविधि को रिकॉर्ड करता है।