Визуализация, зависящая от уровня кислорода в крови , или визуализация с ЖИРНЫМ контрастом — это метод, используемый в функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) для наблюдения за различными областями мозга или другими органами, которые оказываются активными в любой момент времени. [1]
Нейроны не имеют внутренних запасов энергии в виде сахара и кислорода , поэтому их активация вызывает необходимость быстрого поступления большего количества энергии. Благодаря процессу, называемому гемодинамической реакцией , кровь высвобождает кислород к активным нейронам с большей скоростью, чем к неактивным нейронам. Это вызывает изменение относительных уровней оксигемоглобина и дезоксигемоглобина (оксигенированной или деоксигенированной крови ), что можно обнаружить по их дифференциальной магнитной восприимчивости .
В 1990 году три статьи, опубликованные Сейджи Огавой и его коллегами, показали, что гемоглобин имеет разные магнитные свойства в оксигенированной и дезоксигенированной формах (дезоксигенированный гемоглобин является парамагнитным , а оксигенированный гемоглобин — диамагнитным ), оба из которых можно обнаружить с помощью МРТ . [2] Это приводит к изменению магнитного сигнала, которое можно обнаружить с помощью МРТ-сканера. Учитывая многочисленные повторения мысли, действия или опыта, статистические методы могут быть использованы для определения областей мозга, которые в результате достоверно имеют больше этой разницы, и, следовательно, какие области мозга наиболее активны во время этой мысли, действия или опыта. опыт.
Хотя в большинстве исследований фМРТ используется ЖИРНАЯ контрастная визуализация в качестве метода определения того, какие части мозга наиболее активны, поскольку сигналы относительны, а не индивидуально количественны, некоторые ставят под сомнение его строгость. Были предприняты попытки использовать другие методы, которые предлагают напрямую измерить нервную активность (например, измерение фракции экстракции кислорода, или OEF, в областях мозга, которая измеряет, сколько оксигемоглобина в крови было преобразовано в дезоксигемоглобин [3]). ), но поскольку электромагнитные поля, создаваемые активным или активным нейроном, настолько слабы, отношение сигнал/шум чрезвычайно низкое, и статистические методы, используемые для извлечения количественных данных, до сих пор в значительной степени не увенчались успехом.
Типичное отбрасывание низкочастотных сигналов при визуализации с BOLD-контрастом было поставлено под сомнение в 1995 году, когда было замечено, что «шум» в области мозга, контролирующей движение правой руки, колебался в унисон с аналогичной активностью в этой области. на противоположной стороне мозга, связанной с движением левой руки. [1] Визуализация с BOLD-контрастом чувствительна только к различиям между двумя состояниями мозга, [4] поэтому для анализа этих коррелирующих колебаний был необходим новый метод, называемый фМРТ в состоянии покоя .
Доказательство концепции контрастной визуализации, зависящей от уровня кислорода в крови, было предоставлено Сейджи Огавой и его коллегами в 1990 году после эксперимента, который продемонстрировал, что изменение оксигенации крови in vivo можно обнаружить с помощью МРТ. [5] В экспериментах Огавы визуализация срезов мозга грызунов в зависимости от уровня кислорода в крови контрастирует в различных компонентах воздуха. В сильных магнитных полях с помощью последовательности импульсов градиентного эха были измерены магнитно-резонансные изображения водных протонов мозга живых мышей и крыс под наркозом. Эксперименты показали, что при постепенном изменении содержания кислорода в дыхательном газе контраст этих изображений постепенно менялся. Огава предположил и доказал, что основной вклад в это различие вносят оксигемоглобин и дезоксигемоглобин. [6]
Среди других известных пионеров BOLD фМРТ — Кеннет Квонг и его коллеги, которые впервые применили эту технику на людях в 1992 году. [7]
Сигнал фМРТ обычно называют сигналом, зависящим от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ), поскольку метод визуализации основан на изменениях уровня кислорода в мозге человека, вызванных изменениями кровотока.
Ogawa et al. смогли продемонстрировать, что изменения оксигенации крови in vivo можно обнаружить с помощью МРТ.