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磁気共鳴画像法（MRI）により、医師は脳の構造の非常に優れた画像を取得することができます。機能的MRIとして知られている新しい手法は、脳の活動を間接的に測定することによって、さらに遠くまで行くことができます。ほとんどの場合、この技法は研究研究でのみ使用されますが、臨床現場ではより一般的になっています。ある時点で、機能的MRIを使用して作成された画像に出くわすことでしょう。彼らは、言語や動きなどのいくつかの機能に関連付けられている脳の領域を描いた色付きの領域で脳を示しています。これらの研究は非常に人気があります。この技術を使用した数百の科学論文が毎月発行されており、その多くは素人プレスでも言及されています。しかし、これらの画像はどのように作成され、実際には何を表していますか？
機能的MRIの仕組み
機能的MRIは、血中酸素濃度依存（BOLD）コントラストと呼ばれる特別な信号を利用します。脳を流れる血液は、ヘモグロビンと呼ばれる分子に酸素を運びます。ヘモグロビン分子も鉄を運ぶため、磁気信号を持っています。ヘモグロビン分子は、酸素に結合しているときとそうでないときの磁気特性が異なり、この小さな違いをMRI装置で検出できることがわかります。
脳の一部の領域がより活発になると、最初は血液中の多くの酸素を使い果たします。その後すぐに、脳は酸素供給を回復するために局所血管を拡張します。脳はこの仕事を少しでもうまくやるので、最初に使用されたものよりも多くの酸素化された血液がその領域に入ります。 MRI装置は、この血中酸素の増加に起因する信号の違いを検出できます。
したがって、機能的MRI研究は実際にはニューロン活動を直接調べているのではなく、血中酸素レベルがどのように変化するかを調べ、この活動を神経発火に関連付けています。研究は、この仮定が通常正しいことを示していますが、血管奇形、腫瘍、さらには正常な老化のような病気でも、神経活動とBOLDシグナルをもたらす局所血流との関係を変える可能性があります。
医師が機能的MRIを使用する方法
fMRIは比較的新しい技術であり、他の技術でもfMRIと同様の質問に答えることができるため、fMRIは臨床や病院で一般的に使用されていません。ただし、重要な脳手術の計画を立てるのに使用できます。たとえば、脳神経外科医が脳の言語中心の近くにある脳腫瘍を切除したい場合、fMRI検査を注文して、脳のどの領域が言語に関与しているかを正確に示すのに役立てることができます。これにより、脳神経外科医は手術中にこれらの領域に損傷を与えることを回避できます。ただし、fMRIの最も一般的な用途は医学研究です。
fMRIを使用して行われた研究の種類
fMRIを使用して脳機能を視覚化するには、主に2つの方法があります。 1つの方法は、いくつかのタスクまたは刺激に反応する脳の特定の領域を見つけることに焦点を当てています。たとえば、MRIスキャナーを使用している人には、点滅するチェッカーボードが表示される場合と、空白の画面が表示される場合があります。点滅するチェッカーボードを見るたびに、ボタンを押すように求められる場合があります。次に、タスク中の信号が、タスクが実行されていないときの信号と比較され、結果として、チェッカーボードが点滅してボタンが押されるのに関与した脳の領域の一種の画像が得られます。
fMRIを使用できるもう1つの方法は、ニューラルネットワークを評価することです。これには、脳のどの領域が互いに話し合っているかを把握することが含まれます。通常、脳のある領域が別の領域と同時に点灯する場合、脳のこれら2つの領域が接続されている可能性があります。この種の研究を行うために必要な作業さえないかもしれません。このため、これらの研究は、静止状態の機能的磁気共鳴画像法と呼ばれることがあります。
機能的MRI研究から得られる情報は非常に複雑であり、意味のある多くの統計分析が必要です。これは当初、分析でエラーが発生する可能性が高いと思われるため、機能的なMRI研究の結果に多くの人々を不信にさせました。ただし、研究者と査読者の両方が新しいテクノロジーに慣れるにつれて、結果の信頼性と信頼性が高まっています。
未来が持つもの
機能的MRI研究は、神経経路と局在についてすでに知っていることを確認することに加えて、脳についてすでにさまざまなことを示しています。 fMRIが臨床現場で一般的に使用されるかどうかを言うのは難しいですが、fMRIは研究ツールとしての人気と有効性だけで、医師と一般市民の両方がこのツールがどのように機能するかを基本的に理解することが重要です。