6) Nevn viktige utfordringer forbundet med å tolke fMRI resultater. Flashcards
Hva er fMRI - kort?
Funksjonell MRI er en av de mest brukte ikke-invasive teknikkene for å måle hjerneaktivitet. fMRI måler nevronal aktivitet ved å se på endringer i oksygeninnholdet til blodet i hjernen.
fMRI unytter «blood oxygen level dependent» (BOLD) mekanismen
Sammenhengen mellom nevronal respons og det vi måler med fMRI er kompleks og ennå ikke fullt ut forstått. Men i de fleste tilfellene vil fMRI responsen vi måler være i godt samsvar med nevronal aktivitet. Dette er bekreftet i mange studier.
fMRI bruker MR avbildning- bilder
fMRI bruker magnetisk resonans (MR) avbildning. Det sterke magnetfeltet er en av de få risikoene med MR ettersom løse metallgjenstander vil bli til prosjektiler.
Ved bruk av MR avbildning kan man ta ulike typer bilder, men i fMRI studier brukes ofte strukturelle og funksjonelle bilder.
Bildene dannes ved å eksitere hydrogen kjernene i kroppen vår med radiobølger når man ligger i magnetfeltet. Når disse går tilbake til sin likevekts tilstand frigjøres energi i form av radiobølger. Radiobølgene kan dekodes til et MR bilde.
MR skannere har ulik styrke på magnetfeltet som måles i tesla (T). Dess høyere feltstyrke, dess sterkere signal, og dess bedre bilder blir det.
Hvordan unytter fMRI BOLD mekanismen når de måler nevral aktivitet basert på endringer i oksygeninholdet i blodet?
Når nevroner blir mer aktive bruker de mer oksygen, noe som resulterer i en midlertidig dupp i mengden oksygen i blodet. På samme tid vil aktive nevroner signalisere blodårene til å øke blodstrømmen og frakte mer oksygen til det området. Når hjernens aktivitet øker, vil økningen i oksygen produsert av økt blodstrøm overskride vevets behov for oksygen. Som et resultat vil mengde oksygen i en aktivert hjerne område øke.
En økning i oksygeninnholdet i blodet endrer de magnetiske egenskapene til vannet i blodet. Oksygenrikt blod gir høyt signal, mens oksygenfattig blod gir lavt signal. fMRI måler økningen av oksygenrikt blod.
Ulemper: ingen direkte sammenheng, stort antall, skiller ikke mellom..
Blant ulempene med fMRI finner vi at det ikke er noen direkte sammenheng mellom nevronal aktivitet og fMRI respons. Dette er fordi det er en indirekte målemetode. Andre ulemper er at den måler gjennomsnittlig aktivitet til et stort antall nevroner som kan ha ulike funksjoner, og den kan ikke skiller mellom eksitasjon og inhibisjon.
Ulempe: fMRI kan ikke si noe om aktiveringen som vises faktisk er nødvendig for en gitt funksjon
En viktig ulempe med tolkningen av fMRI ikke kan si noe om aktiveringen som vises faktisk er nødvendig for en gitt funksjon. Dette innebærer at fMRI kan vise korrelasjoner mellom aktivering av hjerneområder og stimuli, men den kan ikke trekke kausalitet mellom disse. For å kunne trekke årsakssammenhenger må vi ta i bruk mer invasive metoder.
Ulempe: artefakter og feil
fMRI tar som sagt vanligvis to typer bilder;
- strukturelle bilder viser anatomien og har en skanntid på 5-10 min og høy oppløsning,
- fMRI bilder måler hjerneaktiviteten og har lav oppløsning.
fMRI bildene krever hurtig bildeopptak (2-3 sek for hele hjernen), noe som går på bekostning av bildekvaliteten. Disse fMRI bildene har derfor ofte feil/artefakter (signalbortfall) ettersom de også påvirkes av støy som kan gi falske resultater.
Ulempe: blodstrøm og oksygenforbruk påvirkes av ulike faktorer
Et annet problem er at blodgjennomstrømming/oksygen forbruk påvirkes av alder, sykdom og medisiner. Endringer i fMRI respons kan derfor skyldes hemodynamiske forskjeller og ikke forskjeller i nevronal aktivitet.
Kalibrert fMRI kan korrigere for slike hemodynamiske effekter.
BOLD responsen kan også påvirkes av andre fysiologiske forhold, slik som koffein inntak, søvnmangel, ernæring og medisiner, samt psykologiske faktorer som stress og angst under undersøkelsen ettersom de kan påvirke både kognitive og fysiologiske prosesser i hjernen som igjen påvirker resultatene.
Ulempe: Utfordrende å definere en riktig grunnlinje
Det er utfordrende å definere en riktig grunnlinje i forbindelse med fMRI, som ofte brukes når deltakerne utfører en form for kognitiv oppgave der hjernen alltid er aktiv i en viss grad.
Ved fMRI må man derfor se på forskjeller i aktivitet mellom minst to ulike tilstander for å finne ut «hviletilstanden»/grunnlinjen. Her er det vanlig å bruke en passiv hvile periode som kontroll betingelse, slik som å se på et hvitt kryss. Men dette kan være problematisk, for hva gjør forsøkspersonene i disse hvileperiodene da? Derfor kan det heller brukes en aktiv kontroll betingelse slik som å telle baklengs. Men denne oppgaven må ikke overlappe med den aktive betingelsen man ønsker å studere.
Ulempe: tid og bevegelse
fMRI tar typisk 5-20 min og det vil alltid være noe bevegelse av hodet under skanning. Dette må korrigeres før statistisk analyse. I tilfeller med mye bevegelser er det ikke fullt mulig å korrigere for disse.
dermed er det problematisk å bruke på babyer
Ulempe: multippel testing
Det må også korrigeres for multippel testing for å oppnå pålitelige resultater.
Dette er fordi vi opererer med en p-verdi på under 0.05, der vi finner alle hjerneområder på bildene under denne verdien og legger de over på et strukturelt bilde.
Med denne p-verdien vil opp til 5% av våre statistiske tester være falsk positive. I fMRI utføres det opp mot 100 000 statistiske tester siden man gjør statistikk i hver voksel/bildeelement av det fullstendige bildet.
Dette betyr at opp til 5000 voksler kan være falske positive. For å unngå dette må det altså korrigeres for multippel testing.
Ulempe 8: begrenset plass og mobilitet
Den begrensede plassen og mangelen på mobilitet begrenser typene atferdseksperimenter som kan utføres ved fMRI. Barn kan for eksempel ikke brukes i fMRI ettersom de ikke kan være stille over lengre tid.
På grunn av dette begrensede miljøet i en MR-skanner kan resultatene være påvirket av faktorer knyttet til dette, slik som lyd, lys og den trange plassen.
