Войти
| Состояние покоя фМРТ | |
|---|---|
 Воспроизвести медиа Фильм о в естественных условиях BOLD сигнала от поверхности коры человеческого субъекта от HCP, получены с использованием состоянии покоя фМРТ, предварительно обработаны для подавления шума в данных и воспроизводятся со скоростью в режиме реального времени. Жирные интенсивности сигналов визуализируются на сглаженной кортикальной поверхности. В каждой точке коры белый цвет представляет средний ЖЕЛТЫЙ сигнал, а синий и красный цвета представляют более низкий и более высокий сигнал, чем средний ЖИРНЫЙ сигнал соответственно. | |
| Цель | оценить региональные взаимодействия, которые происходят в состоянии покоя (картирование мозга) |
Состояние покоя фМРТ ( rsfMRI или R-fMRI) - это метод функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI), который используется при картировании мозга для оценки региональных взаимодействий, которые происходят в состоянии покоя или в состоянии отрицательной задачи, когда явная задача не выполняется.. В мозгу идентифицируется ряд состояний покоя, одно из которых - сеть режима по умолчанию. Эти состояния мозга в состоянии покоя наблюдаются через изменения кровотока в головном мозге, которые создают так называемый сигнал, зависящий от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ), который можно измерить с помощью фМРТ.
Поскольку мозговая активность является внутренней и присутствует даже в отсутствие внешней подсказки, любая область мозга будет иметь спонтанные колебания ЖИРНОГО сигнала. Подход в состоянии покоя полезен для изучения функциональной организации мозга и выяснения, не изменяется ли она при неврологических или психических расстройствах. Из-за аспекта состояния покоя этой визуализации данные могут быть собраны от ряда групп пациентов, включая людей с ограниченными интеллектуальными возможностями, педиатрические группы и даже тех, кто находится без сознания. Исследование функциональной связности в состоянии покоя выявило ряд сетей, которые постоянно обнаруживаются у здоровых субъектов, на разных стадиях сознания и у разных видов и представляют собой определенные паттерны синхронной активности.
Эти фМРТ-изображения взяты из исследования, показывающего, как части мозга загораются, когда видят дома, и другие части, когда видят лица. Значения «r» являются корреляциями, причем более высокие положительные или отрицательные значения указывают на лучшее соответствие. Функциональная магнитно-резонансная томография (функциональная МРТ или фМРТ) - это особая процедура магнитно-резонансной томографии (МРТ), которая измеряет активность мозга путем обнаружения связанных изменений в кровотоке. Точнее говоря, активность мозга измеряется с помощью низкочастотного ЖИВОГО сигнала в мозгу.
Процедура аналогична МРТ, но в качестве основного показателя используется изменение намагниченности между богатой кислородом и бедной кислородом кровью. Эта мера часто искажается шумом от различных источников, поэтому для извлечения основного сигнала используются статистические процедуры. Результирующая активация мозга может быть представлена графически с помощью цветовой маркировки силы активации в мозге или в конкретной исследуемой области. Этот метод позволяет локализовать активность с точностью до миллиметра, но, используя стандартные методы, не лучше, чем в пределах окна в несколько секунд.
FMRI используется как в исследованиях, так и, в меньшей степени, в клинических условиях. Его также можно комбинировать и дополнять с другими измерениями физиологии мозга, такими как ЭЭГ и NIRS. Мечение артериального спина фМРТ может использоваться в качестве дополнительного подхода для оценки функций мозга в состоянии покоя.
Физиологическая реакция кровотока в значительной степени определяет временную чувствительность, то есть, насколько хорошо активные нейроны можно измерить с помощью BOLD fMRI. Основным параметром временного разрешения является частота дискретизации или TR, которая определяет, как часто конкретный срез мозга возбуждается и теряет свою намагниченность. TR могут варьироваться от очень коротких (500 мс) до очень длинных (3 секунды). В частности, для фМРТ предполагается, что гемодинамический ответ длится более 10 секунд, увеличиваясь мультипликативно (то есть пропорционально текущему значению), достигая пика через 4-6 секунд, а затем мультипликативно снижаясь. Изменения в системе кровотока, сосудистой системы со временем интегрируют ответы на нейронную активность. Поскольку этот ответ представляет собой плавную непрерывную функцию, выборка с более быстрыми TR помогает только отображать более быстрые колебания, такие как сигналы дыхания и частоты сердечных сокращений.
В то время как фМРТ пытается измерить активность нейронов в головном мозге, на BOLD-сигнал могут влиять многие другие физиологические факторы, помимо активности нейронов. Например, колебания дыхания и сердечно-сосудистые циклы влияют на BOLD-сигнал, измеряемый в головном мозге, и поэтому обычно их пытаются удалить во время обработки необработанных данных фМРТ. Из-за этих источников шума было много экспертов, которые очень скептически относились к идее фМРТ в состоянии покоя на ранних этапах использования фМРТ. Лишь совсем недавно исследователи убедились, что измеряемый сигнал не является артефактом, вызванным другой физиологической функцией.
Функциональная взаимосвязь в состоянии покоя между пространственно различными областями мозга отражает повторяющуюся историю паттернов совместной активации в этих областях, тем самым служа мерой пластичности.
Бхарат Бисвал
Маркус Райхл
Функциональная связь - это связь между областями мозга, которые имеют общие функциональные свойства. Более конкретно, это можно определить как временную корреляцию между пространственно удаленными нейрофизиологическими событиями, выраженную как отклонение от статистической независимости этих событий в распределенных нейронных группах и областях. Это относится как к исследованиям состояния покоя, так и к исследованиям состояния задачи. В то время как функциональная связность может относиться к корреляциям между субъектами, прогонами, блоками, испытаниями или отдельными временными точками, функциональная связность в состоянии покоя фокусируется на связности, оцениваемой через отдельные жирные точки времени в условиях покоя. Функциональная связность также была оценена с использованием временных рядов перфузии, взятых с помощью перфузионной фМРТ с меткой артериального спина. МРТ с функциональной связью (fcMRI), которая может включать в себя фМРТ в состоянии покоя и МРТ по задачам, когда-нибудь может помочь поставить более точный диагноз психических расстройств, таких как биполярное расстройство, а также может помочь в понимании развития и прогрессирования посттравматического стрессового расстройства. а также оценить эффект от лечения. Функциональная связность была предложена как выражение сетевого поведения, лежащего в основе когнитивной функции высокого уровня, частично потому, что, в отличие от структурной связности, функциональная связность часто изменяется на порядок секунд, как в случае динамической функциональной связности.
Исследование, показывающее четыре функциональные сети, которые оказались очень согласованными по предметам. Эти модули включают зрительную (желтый), сенсорно-моторную (оранжевый) и базальные ганглии (красный) коры, а также сеть режимов по умолчанию (задняя поясная извилина, нижние теменные доли и медиальная лобная извилина; темно-бордовый). Существует множество программ для обработки и анализа данных фМРТ в состоянии покоя. Некоторые из наиболее часто используемых программ включают SPM, AFNI, FSL (особенно Melodic для ICA), CONN, C-PAC и Connectome Computation System ( CCS ).
Существует множество методов получения и обработки данных rsfMRI. Наиболее популярные методы анализа сосредоточены либо на независимых компонентах, либо на областях корреляции.
Другие методы для характеристики сетей в состоянии покоя включают частичную корреляцию, когерентность и частичную когерентность, фазовые отношения, динамическое расстояние деформации времени, кластеризацию и теорию графов.
Функциональная магнитно-резонансная томография в состоянии покоя (RFMRI) может отображать низкочастотные колебания спонтанной активности мозга, представляя собой популярный инструмент макромасштабной функциональной коннектомики для характеристики межиндивидуальных различий в нормальной функции мозга, ассоциациях мозг-мозг и различные расстройства. Это предполагает надежность и воспроизводимость широко используемых показателей функциональной коннектомики человеческого мозга, полученных с помощью rfMRI. Эти показатели обладают огромным потенциалом для ускорения идентификации биомаркеров различных заболеваний головного мозга, что требует в первую очередь повышения надежности и воспроизводимости.
Это изображение получено в результате исследования с использованием как фМРТ, так и ЭЭГ в состоянии покоя. В левом ряду показаны сагиттальные, коронарные и горизонтальные срезы десяти RSN. Справа отображаются ковариация и t-карты для 8 частотных диапазонов. Многие специалисты по визуализации считают, что для получения наилучшего сочетания пространственной и временной информации от активности мозга необходимо одновременно использовать как фМРТ, так и электроэнцефалографию (ЭЭГ). Этот двойной метод сочетает хорошо задокументированную способность ЭЭГ характеризовать определенные состояния мозга с высоким временным разрешением и выявлять патологические паттерны, а также способность фМРТ (недавно обнаруженная и менее понятная) отображать динамику крови по всему мозгу с высоким пространственным разрешением. До сих пор ЭЭГ-фМРТ в основном рассматривалась как метод фМРТ, в котором синхронно полученная ЭЭГ используется для характеристики мозговой активности (`` состояния мозга '') во времени, позволяя отображать (например, посредством статистического параметрического картирования) связанные гемодинамические изменения.
Клиническая ценность этих результатов является предметом текущих исследований, но недавние исследования предполагают приемлемую надежность исследований ЭЭГ-фМРТ и лучшую чувствительность сканера с большим полем зрения. Помимо эпилепсии, ЭЭГ-фМРТ использовалась для изучения связанных с событиями (вызванных внешними стимулами) реакций мозга и дала новые важные сведения об исходной активности мозга во время бодрствования и сна в состоянии покоя.
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) использует небольшие и относительно точные магнитные поля для стимуляции областей коры без опасных инвазивных процедур. Когда эти магнитные поля стимулируют область коры головного мозга, фокусный кровоток увеличивается в месте стимуляции, а также в удаленных местах, анатомически связанных с местом стимуляции. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) может затем использоваться для визуализации мозга и изменений кровотока, и результаты показывают очень похожие области сетей, подтверждающих подключение, обнаруженные в исследованиях фМРТ, и TMS также может использоваться для поддержки и предоставления более подробной информации о связанных областях..
Потенциальными ошибками при использовании rsfMRI для определения функциональной целостности сети являются загрязнение BOLD-сигнала источниками физиологического шума, такими как частота сердечных сокращений, дыхание и движение головы. Эти смешивающие факторы часто могут искажать результаты исследований, в которых пациентов сравнивают со здоровыми людьми из контрольной группы, в направлении предполагаемых эффектов, например, в сети по умолчанию в группе пациентов может быть обнаружена более низкая согласованность, в то время как группы пациентов также больше перемещались во время сканирования.. Также было показано, что использование глобальной регрессии сигналов может создавать искусственные корреляции между небольшим количеством сигналов (например, двумя или тремя). К счастью, мозг получает множество сигналов.
Исследования с использованием фМРТ в состоянии покоя могут быть применены в клиническом контексте, в том числе для оценки многих различных заболеваний и психических расстройств.
Другие типы текущих и будущих клинических применений фМРТ в состоянии покоя включают выявление групповых различий в заболеваниях головного мозга, получение диагностической и прогностической информации, продольные исследования и эффекты лечения, кластеризацию в гетерогенных состояниях болезни, а также предоперационное картирование и целевое вмешательство. Поскольку измерения состояния покоя не имеют когнитивных требований (вместо психологических экспериментов, включая задания), людей с когнитивными нарушениями также можно легко измерить.
