Termin
Skaner MRI
Sygnał hemodynamiczny i magnetyczny · Elektryczność i fale elektromagnetyczne
Opis
Skaner MRI (ang. magnetic resonance imaging, obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego) to przyrząd, który odbiera energię elektromagnetyczną w zakresie fal radiowych, tak jak czopek, receptor zmysłowy siatkówki, odbiera ją w zakresie światła widzialnego. Fale radiowe to najdłuższe fale widma elektromagnetycznego (NASA 2010), a światło widzialne to jego wąski wycinek.
Jądro wodoru to pojedynczy proton, który zachowuje się jak maleńki magnes. W silnym polu magnetycznym nieco więcej takich jąder ustawia się zgodnie z polem, a suma ich drobnych magnesów to namagnesowanie tkanki. Ciało w skanerze leży w silnym, stałym polu magnetycznym, a skaner bada je porcjami fal radiowych i zmianami pola magnetycznego; w większości metod MRI namagnesowanie pochodzi od jąder wodoru (Blümich i in. 2026). Według Blümicha i współpracowników w tkankach miękkich protony wody to najliczniejsze ze wszystkich jąder. Rezonans magnetyczny to metoda mało czuła, ale ta liczebność protonów wody dała mu dzisiejsze znaczenie. Jak wyjaśniają Blümich i współpracownicy, namagnesowanie jąder wychylone z kierunku pola krąży wokół niego, a częstotliwość tego krążenia rośnie proporcjonalnie do siły pola. Skaner wychyla je falą radiową o częstotliwości bliskiej tej częstotliwości, nazywanej częstotliwością Larmora, a krążące namagnesowanie indukuje w cewce sygnał radiowy. Kolejne porcje fal radiowych i przerwy na swobodne krążenie odsuwają namagnesowanie od stanu równowagi i pozwalają mu do niego wracać. Gradient pola magnetycznego to pole zmieniające siłę wzdłuż jednego kierunku, wytwarzane przez cewki gradientowe. Blümich i współpracownicy podają, że Paul Lauterbur wpadł na pomysł, by miejsce w ciele, z którego pochodzi sygnał, zapisywać gradientami pola magnetycznego, a za wynalezienie MRI Lauterbur i Peter Mansfield dostali w 2003 roku Nagrodę Nobla.
Funkcjonalny rezonans magnetyczny (ang. functional MRI, fMRI) mierzy aktywność neuronalną pośrednio, przez krew: aktywność obszaru zwiększa przepływ krwi przez ten obszar, a zużycie tlenu rośnie przy tym mniej niż przepływ. Hemoglobina, która oddała tlen, powstaje w naczyniach włosowatych tam, gdzie tkanka zużywa tlen (Blümich i in. 2026). Według Blümicha i współpracowników taka hemoglobina to silny paramagnetyk: zaburza pole magnetyczne skanera tym silniej, im większe jej stężenie w naczyniu. W aktywnym obszarze przepływ krwi rośnie bardziej niż zużycie tlenu, więc stężenie hemoglobiny, która oddała tlen, spada tam, a pole jest mniej zaburzone. Zjawisko nazwano efektem BOLD (ang. blood-oxygenation-level dependent), a obrazy aktywności mózgu z MRI, oparte na tym efekcie i na dopływie krwi, opublikowały w 1992 roku dwa laboratoria. Cewka odbiera sygnał z całej głowy, z obszarów bliskich receptorom, jak pierwszorzędowa kora wzrokowa (V1), oraz z obszarów od nich odległych, więc pomiar obejmuje każdą odległość od receptorów, ale z kory oczodołowo-czołowej i przedniej części płatów skroniowych zwykłe fMRI daje słaby sygnał (Girn i in. 2024). Kora 1000 dorosłych osób, badanych w skanerze w spoczynku, dała podział na 7 sieci wielkoskalowych, wśród nich sieć wzrokową (Yeo i in. 2011). Elektroda EEG odbiera napięcie na skórze głowy, a cewka skanera fale radiowe: każdy z tych przyrządów rzutuje aktywność mózgu na inną wielkość fizyczną. Jedna elektroda na skórze głowy zbiera przy tym potencjał pola z 10 cm² kory albo więcej (Buzsáki, Anastassiou i Koch 2012).
Kiedy leżysz w skanerze, słyszysz głośne stukanie: to drgania cewek gradientowych, a hałas sięga przy silnych polach czasem 130 dB i więcej, zależnie od sekwencji pomiaru (Blümich i in. 2026). Namagnesowanie jąder wodoru w wodzie Twoich tkanek krąży wokół kierunku pola, a jego sygnał radiowy, energię spoza Twojego Umwelt, odbiera cewka; Twoje receptory zmysłowe odbierają w tej chwili hałas, chłód powietrza i ucisk podpórki pod głową. Kiedy potem oglądasz obraz swojego mózgu, Twoje czopki pochłaniają światło widzialne z ekranu, a z tej bioinformacji kształtuje się Twój Model Mentalny własnego mózgu: polegasz na nim, kiedy myślisz o własnym widzeniu jako o aktywności Twojej sieci wzrokowej.
Sieć mózgowa
Skaner MRI to przyrząd poza ciałem: jego cewka odbiera sygnał radiowy z całej głowy, więc fMRI obejmuje wszystkie sieci, część obszarów słabiej.