functional Magnetic Resonance Imaging

Transkrypt

1 functional Magnetic Resonance Imaging

2 (funkcjonalny) rezonans magnetyczny historia Roy i Sherrington wysunęli hipotezę, że lokalna aktywność neuronalna ma związek z lokalnymi zmianami przepływu krwi i metabolzmem (1890).

3 (funkcjonalny) rezonans magnetyczny historia pierwszy mechaniczny funkcjonalny neuroimaging

4 (funkcjonalny) rezonans magnetyczny idea

5 fmri vs EEG - rozdzielczość czasowa rozdzielczość przestrzenna źrodło sygnału warunki experymentalne

6 (funkcjonalny) rezonans magnetyczny inaczej niż w EEG, sygnał MRI nie jest bezpośrednim odbiciem aktywności neuronalnej odpowiedź hemodynamiczna

7 odpowiedź hemodynamiczna Savoy

8 odpowiedź hemodynamiczna

9 schemat experymentalny

10 blokowy schemat experymentalny zalety: wysoka proporcja sygnał-szum, obserwowany wzrost sygnału - 8% wady: takie same triale są pogrupowane w bloki

11 schemat experymentalny 'event-related' 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 możliwe jest stosowanie krótkich ISI wady: niska proporcja sygnał-szum (max. 2%) - potrzeba dużo powtórzeń

12 schemat experymentalny 'jittering' zmienna pozycja triali

13 linowość reakcji BOLD

14 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 Gusnar, Reichle 2001 Wang et al 2012

15 spiny protonów nieuporządkowane wypadkowy moment magnetyczny = 0

16 w zewnętrznym polu magnetycznym spiny (niektórych) protonów porządkują się w jednym z dwóch stanów energetycznych pole magn skanera (superconducting magnet) precesja spinów Bo Parallel (low energy) M (net magnetization Anti-Parallel (high energy) wypadkowa magnetryzacja w temperaturze > 0o K spiny przyjmą jeden z dwóch stanów energetycznych

17 Bo M - net magnetization dodatkowy puls energii B1, by wyprowadzić spiny z równowagi (określona częstotliwość rezonans) RF pulse radio freq pulse - 42MHz/T

18 relaxacja T1 magnetyzacja 'pionowa' wraca do początkowego stanu niższa energia Bo wyższa energia RF pulse emisja

19 relaxacja T2 magnetyzacja 'poprzeczna' zanika z powodu zaniku zgodności faz między spinami T2 << T1

20 zanik T1 zanik T2 Huettel et al. 2011

21

22 relaxacja T1 (spin lattice relaxation time) zależna od rodzaju tkanki np.: - zawierające dużo wody ok sek - zawierające tłuszcze ok sek duże róznice między istotą szarą i białą

23 relaxacja T2 (spin spin relaxation time) znacznie krótsze niż T1 relaxacja T2* T2* < T2 zjawisko BOLD - zjawisko BOLD - Blood Oxygenation Level Dependent

24 wybór płaszczyzny skanu dodatkowy gradient pola magnetycznego Lamor freq: 42MHz/T

25

26

27 T2* - BOLD obrazy funkcjonalne

28 processing danych fmri: 1. korekcja ruchów głowy

29 processing danych fmri: 2. normalizacja przestrzenna przestrzenie stereotaktyczne: - MNI (Montreal Neurological Institute) - Talairach

30 processing danych fmri: 2. normalizacja przestrzenna

31 processing danych fmri: 3. wygładzanie spatial smoothing

32 processing danych fmri: 4. analiza statystyczna obrazy funkcjonalne korekcja ruchów maska wygładzanie przestrzenne statystyczna mapa parametrów (SPM) macierz eksperymentu ogólny model liniowy normalizacja szablon anatomiczny estymacja parametrów wnioskowani e statystyczne p <0.01

33 processing danych fmri: 4. analiza statystyczna Journal of Serendipitous and Unexpected Results, Vol. 1 (2011), pp. 1-5

34 konwencje skanów MRI

35 inne rodzaje obrazowania MRI: DTI (diffusor tesor imaging) - traktografia