Funksjonell magnetresonanstomografi

Funksjonell magnetresonanstomografi (fMRI)  er en funksjonell hjerneavbildningsteknikk som kan fremstille endringer i aktivitet i områder i hjernen til mennesker eller dyr. Denne metoden kan gi god informasjon om sammenhengen mellom kognitiv aktivitet og funksjonenes lokalisering i hjernen. fMRI baserer seg på anvendelsen av konvensjonell magnetresonanstomografi (MR).

BOLD-effekten

FMRI  baserer seg på at oksygenert og ikke-oksygenert hemoglobin (som finnes i røde blodlegemer)  har forskjellige paramagnetiske egenskaper og derfor gir ulikt signal på et MR-bilde. Dette er den såkalte BOLD-effekten (Blood-Oxygen-Level-Dependent). Når nevroner i hjernen er aktive (sender signaler), forbruker de oksygen. Forskjellen i oksygenert blodgjennomstrømning blir derfor en indirekte indikator på endret nevral aktivitet i hjernen. Ved å subtrahere MR-bilder (hele tredimensjonale volumopptak voxel for voxel) som er tatt under aktivert tilstand (for eksempel mens forsøkspersonen skal utføre en mentalt krevende oppgave) fra bilder som er tatt mens forsøkspersonen ikke utfører noen oppgaver, vil man altså legge til grunn at differansen i aktivering mellom stimulert og ikke-stimulert tilstand gjenspeiler aktivering indusert gjennom denne oppgaven.
BOLD-effekten ble oppdaget i 1990 av Seiji Ogawa som også så potensialet for å bruke dette fenomenet til funksjonell bildefremstilling. Siden den gang har det blitt publisert en akselererende mengde publikasjoner basert på FMRI.

Prosedyre

Teknikken er en spesiell anvendelse av konvensjonell MR-teknikk. Den baserer seg på å ta gjentatte og  meget hurtige sekvenser av volumopptak. Siden BOLD-effekten bare utgjør en liten del (1-3 % av det totale MR-signalet), er man avhengig av å registrere mange opptak i sekvens under aktivert betingelse og ikkeaktivert kontrollbetingelse og anvende statistiske metoder for å beregne om den registrerte differansen mellom aktivert og ikke-aktivert tilstand er systematisk eller tilfeldig støy. På FMRI-bilder fremstilles gjerne styrken av denne statistiske endringen i aktivering med fargekoder. Siden fMRI-opptak gjøres i svært hurtig sekvens, er disse bildene mer lavoppløste enn de vanlige strukturelle eller anatomiske MR-bildene. For å få best mulig romlig oppløsning og hurtighet, benytter man helst MR-maskiner med sterke magnetfelt (typisk 1,5- 3 Tesla for humane studier). For å lokalisere fMRI-signalene i forhold til hjernens struktur, kombineres bildet av fMRI-oppaket gjerne med et vanlig, høyoppløst anatomisk MR-bilde. 
Siden endringen i kontrast ved aktivering og ikke-aktivering er liten, vil man ofte kombinere data for mange personer og fremstille gruppedata for å oppnå høyest mulig statistisk styrke i et eksperiment. fMRI-teknikk er avhengig av komplisert matematisk beregning for å korrigere for at forsøkspersonen eller pasienten beveger hodet under opptaket og man vil bruke ulike teknikker for å filtrere støykilder. Når man beregner gruppeforskjeller, må det også gjøres korrigering for at hjernens form varierer fra person til person, slik at man "normaliserer" hvert opptak i forhold til en standard referansemodell.

Forskning

fMRI er først og fremst en meget verdifull eksperimentell metode ved forskning på kognitive og emosjonelle funksjoner og deres lokalisering i hjernen hos mennesker. Siden metoden ikke er invasiv, ikke anvender radioaktiv stråling eller kontrastmidler, er metoden velegnet til forskningsformål. fMRI og andre funksjonelle bildedannende teknikker har i stor grad kunnet erstatte lesjonsbaserte studier som tidligere var eneste metode for å studere sammenhengen mellom hjernelokalisering og kognitiv funksjon hos mennesker.

Klinisk anvendelse

fMRI er en god metode for å lokalisere ulike kognitive funksjoners plassering i hjernen og kan derfor gi nyttig informasjon ved planlegging av kirurgiske inngrep i hjernen (eksempelvis tumor-kirurgi) slik at et inngrep kan gjøres med minimal risiko for å skade viktige kognitive funksjoner som språk og hukommelsesfunksjoner.

fMRI i forhold til andre funksjonelle bildedannende teknikker

fMRI er en av flere ulike funksjonelle bildedannende teknikker. Som bildedannende teknikk karakteriseres fMRI ved at teknikken gir god romlig definisjon, og middels høy tidsmessig oppløsning. Metoden har den fordel at undersøkelsen er ikke-invasiv og ikke innbefatter risiko for forsøkspersonen, siden den ikke benytter radioaktiv stråling eller radioaktive kontrastmidler. Metoden kombineres ofte med EEG-baserte teknikker for å kombinere fMRI-metodens gode romlige definisjon med EEG-teknikkens meget gode tidsmessige oppløsning.