Зависимая от уровня оксигенации крови фМРТ (BOLD fMRI) 

Метод функциональной магнитно-резонансной томографии широко используется в многочисленных лабораториях во всем мире, и в течение прошлого’десятилетия являлся главным источником наших знаний относительно мозговых функций. Параметр, который выявляется в фМРТ-исследованиях, — так называемый «зависимый от уровня оксигенации крови» (blood oxygen level dependent) или кратко BOLD. Для вычисления этого параметра сигнал идет от водородных атомов, которыми изобилуют молекулы воды в мозге.

После воздействия радиочастотами водородные атомы испускают энергию той же самой высокой частоты, пока постепенно не возвращаются к состоянию равновесия. MPT-сканер измеряет общую сумму испускаемой энергии. Этот сигнал угасает через какое-то время вследствие различных факторов, включая присутствие неоднородностей в магнитном поле.

Большая неоднородность приводит к уменьшению интенсивности изображения, потому что каждый водородный атом испытывает немного различную силу магнитного поля, и после короткого времени (обычно называемого Т2) испускаемые ими волны гасят друг друга. Метод BOLD фМРТ предназначен прежде всего для измерения изменений неоднородности магнитного поля в пределах каждого маленького объема ткани, которые происходят вследствие изменений в насыщении кислородом крови.

Трансформационная модель фМРТ-ответа

В исследованиях корреляции ЭЭГ-фМРТ мы должны принимать во внимание, что изменения потока крови весьма медленны и следуют за быстрыми изменениями электрической нейронной активности с длительной (приблизительно в несколько секунд) задержкой. Модель гемодинамического ответа предполагает, что есть три фазы BOLD фМРТ-ответа на временное увеличение электрической нейронной активности: начальное, небольшое уменьшение ниже базовой линии вследствие начального периода потребления кислорода, которое сменяется большим увеличением выше базовой линии из-за переизбытка окисленной крови, и затем обратное уменьшение снова ниже базовой линии.

Учитывая измеренное временное течение нейронной активности, можно вычислить временное течение фМРТ-ответа. В исследованиях корреляции ЭЭГ-фМРТ это способ найти взаимосвязь между быстро изменяющимися паттернами ЭЭГ и медленными метаболическими колебаниями, измеряемыми фМРТ Надо отметить, что большинство исследований фМРТ построено наоборот: они делают выводы о нейронной активности из фМРТ-ответа.

Измерение метаболической активности методом фМРТ
Измерение метаболической активности методом фМРТ

Поток крови в сосуде приносит кислород к нейронам посредством оксигемоглобина. По мере того как кислород потребляется нейронами, оксигемоглобин превращается в деоксигемоглобин. Деоксигемоглобин как парамагнетик вызывает неоднородность магнитного поля, что может быть измерено падением четкости сигнала МРТ.

Трансформационная модель fMRI-ответов
Трансформационная модель fMRI-ответов

А. Нейронный импульсный ответ. Б. Гипотетическая гемодинамическая функция импульсного ответа (haemodynamic impulse response function — HIRF), оцениваемая как гемодинамический ответ на краткий всплеск нейронной активности.