fMRI W6 Flashcards
fMRI historia
Roy i Sherrington wysunęli hipotezę, że lokalna aktywność
neuronalna ma związek z lokalnymi zmianami przepływu krwi i
metabolizmem (1890).
sposób pomiaru;
proces
nie obrazujemy aktywności neuronów, ale zjawisko większego przepływu natlenowanej krwi.
> wnioskujemy na podst. tego, że przed chwilą miała miejsce zwiększona aktywność neuronalna –> wnioskowanie o lokalnym przepływie krwi w mózgu
1) zwiększona aktywność neuronalna
2) zwiększony lokalny przepływ krwi
3) zwiększone natlenowanie krwi -> BOLD
4) zmiana właściwości magnetycznych krwi
5) pomiar sygnału nMRI - obserwacja zmian
funkcjonalny rezonans -> mówimy o obserwowalnej funkcji przebiegu reakcji metabolicznych w mózgu
fMRI vs EEG
- rozdzielczość czasowa EEG
- rozdzielczość przestrzenna fMRI i pewność lokalizacyjna
- źrodło sygnału(fMRI - własności magnetyczne tkanek i krwi; EEG - to, co się dzieje w neuronach)
- warunki experymentalne - fMRI jest mniej neutralne
jaką odpowiedź mierzymy w fMRI?
mierzymy odpowiedź HEMODYNAMICZNĄ -> sygnał MRI to nie bezpośrednie obliczenie aktywności neuronalnej - odsunięcie o 1-2s
hemo - blood, dynamc - change –> blood-change response
schemat experymentalny
(1) schemat blokowy: Zad: Kontr_Exp_Kontr_Exp_Kontr_Exp ... pokazujemy bodźce ciągle nie dbając o to, ile ich jest (po 20-60 ms)
zalety:
> wysoka proporcja sygnał-szum (ponieważ zmiany sygnału BOLD są wyższe niż szumu)
> obserwowany wzrost sygnału - 8%
wady:
> takie same triale są pogrupowane w bloki - nie zawsze chcemy w taki sposób grupować bodźce - musimy UŚREDNIAĆ relacje
(2) wywołane fMRI (event related fMRI)
- dajemy bodziec i sprawdzamy odpowiedź po bodźcu
- ale! nie możemy powtarzać szybko - np. co 1s, tylko co 8-12 s
- i ustawiamy bodźce w randomowej sekwencji
np. bodźce POZ POZ NEUTR NEUTR NEG NEG NEG NEG POZ NEG NEUTR
zalety:
> ocenia się przebieg HRF po ekspozycji 1 bodźca
>możliwość randomizacji triali, procedury typu odd-ball
>wrażliwość aktywności BOLD na krótkotrwałe bodźce
>możliwość sortowania reakcji ze względu na rodzaj lub szybkość reakcji badanego (np.
następczy efekt pamięciowy)
>dzięki liniowemu sumowaniu reakcji BOLD (Blood- Oxygen-Level-Dependent) możliwe jest stosowanie krótkich ISI (Inter Stimulus Interval)
wady:
>niska proporcja sygnał-szum (max. 2%) - >potrzeba dużo powtórzeń
(3) schemat experymentalny ‘jittering’ – zmienna pozycja triali
HRF
blood-change + math –> hemodynamic-response-function –> HRF
problem referencji w konstrukcji procedur
> problemy ze zwiekszaniem się aktywnosci w hipotetycznych warunkach ‘rest’
odkrycie sieci DMN (default mode network)
aktywnej gdy czuwająca osoba NIE koncentruje się na
zewnętrznych zadaniach.
związek z introspekcją, wspomnieniami, myśleniem nieukierunkowanym zewnętrznym zadaniem
- przysrodkowa kora frontalna (MFC)
- tylny zakret obręczy (PCC)
- kora ciemieniowa
- precuneus - przedklinek
fMRI - jakieś fizyczne coś
dla fMRI 1.5 Tesla lub 3 Tesle (b.mocne pole magnetyczne)
- skaner wytwarza stałe pole magnetyczne
- jest to potrzebne, by ustalić protony, z których złożone są tkanki w pewnym położeniu
> obrazuje się to jako oś obrotu cząstki (mówimy o kierunku spinu)
- niektóre z nich układają się wzdłuż linii pola magnetycznego
> poza skanerem - ułożone w dowolnych kierunkach;
w skanerze się porządkują
<> okazuje się, że nasze ciało jest źródłem protonu magnetycznego
T1, T2
obrazowanie T1 -obrazy strukturalne
obrazowanie T2 - obrazy funkcjonalne (BOLD) - kolor nałożony na obrazek
T1 - mierzenie magnetyzacji w płaszczyźnie pionowej
- w różnych tkankach powrót spinów trwa od kilku ms do kilku s
zanik T1 - im bardziej pionowe, tym większa magnetyzacja szimu
relaxacja T1 (spin–lattice relaxation time)
zależna od rodzaju tkanki np.:
- zawierające dużo wody – ok. 1.5-2.5 sek
- zawierające tłuszcze – ok. 0.1-0.2 sek
duże róznice między istotą szarą i białą
T2 (—> —->) poziomo - rozbiegające się fazy …
- wzrost magnetyczny w płaszczyźnie X, spadek w Z
elaxacja T2 (spin–spin relaxation time) znacznie krótsze niż T1 relaxacja T2* T2* < T2 zjawisko BOLD - zjawisko BOLD - Blood Oxygenation Level Dependent
<> Różna magnetyzacja i relaksacja w zależności od rodzaju tkanki (dużo tłuszczu vs obecności płynu mózgowo-rdzeniowego
<> częstotliwość rezonansu różni się od siły pola magnetycznego
dodatkowy gradient pola magnetycznego
wybór płaszczyzny skanu
Lamor freq: 42MHz/T
analiza danych (processing fMRI)
- staramy się, by osoba badana się nie ruszała
>TR - miara, w jakim czasie skanujemy całą objętość mózgu -> czas potrzebny do zebrania wszystkich slice’ów
> redid movement correction - dokonujemy korekty obrotów głowy, przesunięć - KOREJESTRACJA - wyrównanie poszczególnych typów skanów
- etap normalizacji przestrzennej - powyginanie obrazków mózgu, by dopasować obraz mózgu do grupy
> każde obrazowanie dopasowujemy do siatki wygięca - do konkretnego szablonu
> koordynaty MNI - (Montreal Neurological Institute) - o do tego się odnosimy - wygładzanie przestrzenne - spatia smoothing
- etap analizy statystycznej
> każdy woksel z osobna jest poddawany analizie statystycznej
2 konwencje skanów fMRI
> neurologiczna
> radiologiczna
inne rodzaje obrazowania MRI:
DTI (diffusor tesor imaging) - traktografia
ieinwazyjna technika obrazowania metodą rezonansu magnetycznego, umożliwiająca uwidocznienie kierunku i ciągłości przebiegu włókien nerwowych in vivo.
