การสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก

การสร้างภาพโดยกิจด้วยเรโซแนนท์แม่เหล็ก (  หรือ  functional MRI)  เป็นการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็กวิธีหนึ่งที่วัดการทำงานของสมอง  โดยจับความเปลี่ยนแปลงของการเดินโลหิตที่สัมพันธ์กัน  เนื่องจากว่า  การเดินโลหิตในสมองและการทำงานของเซลล์ประสาทนั้นควบคู่กัน  เมื่อเขตหนึ่งในสมองกำลังทำงานอยู่  การเดินโลหิตในเขตนั้นก็เพิ่มขึ้นด้วย

แบบหลักของ  fMRI  ใช้ค่าความต่างของ  BOLD  (blood-oxygen-level-dependent)  ค้นพบโดย  ดร. เซจิ โอกาวา  นี่เป็นการตรวจสมองและร่างกายแบบพิเศษเพื่อที่จะสร้างภาพการทำงานของเซลล์ประสาทในสมองหรือในไขสันหลัง  ในมนุษย์หรือในสัตว์  โดยจับภาพความแปรเปลี่ยนของการเดินโลหิต  (hemodynamic response)  เมื่อเทียบกับพลังงานที่เซลล์ประสาทใช้  ตั้งแต่ต้นคริสต์ทศวรรษ  1990  fMRI  ได้กลายเป็นวิธีหลักในงานวิจัยเกี่ยวกับสมองเพราะว่าเป็นวิธีที่ไม่ต้องใช้ยาฉีด ไม่ต้องใช้ศัลยกรรม  ไม่ต้องกินยา  และไม่ต้องใช้กัมมันตรังสี

fMRI  เป็นเทคนิคที่ใช้ทั้งในงานวิจัยและในการรักษา  (แม้ว่าจะใช้น้อยกว่าในการรักษา)  สามารถใช้ร่วมกับการตรวจวัดสมองโดยวิธีอื่นๆ เช่น  EEG  และ  NIRS  นักวิจัยกำลังค้นหาเทคนิคใหม่ๆ ที่เพิ่มความละเอียดทั้งโดยพื้นที่และโดยกาลเวลา  เทคนิคเหล่านั้นมักจะใช้ค่าการวัดอย่างอื่นที่ไม่ใช่ค่า  BOLD

คำอธิบายคร่าวๆ
การสร้างภาพโดยวิธี  fMRI  ใช้เทคโนโลยีการสร้างภาพของ  MRI ที่มีมาก่อน  บวกกับการค้นพบคุณสมบัติของโลหิตที่สมบูรณ์ด้วยออกซิเจน  การสร้างภาพสมองด้วย  MRI  นั้นใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงและคงที่เพื่อที่จะจัดแนวของนิวเคลียสในส่วนของสมองที่ต้องการจะศึกษา  หลังจากนั้น  สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงยิ่งกว่านั้น  คือสนามแม่เหล็กเกรเดียนต์  (gradient field)  ก็จะถูกปล่อยเพื่อปรับให้นิวเคลียสเหล่านั้นมีระดับแม่เหล็กที่สูงยิ่งขึ้นไป  และนิวเคลียสในแต่ละที่ในสมองก็จะได้รับผลต่างๆ กัน  เมื่อสนามแม่เหล็กเกรเดียนต์ถูกระงับ  นิวเคลียสเหล่านั้นก็กลับคืนไปสู่ภาวะเดิมอย่างช้าๆ  และพลังงานที่นิวเคลียสเหล่านั้นปลดปล่อย  ก็จะถูกวัดด้วยขดลวดเพื่อบันทึกตำแหน่งและพิกัดของนิวเคลียสเหล่านั้น  ดังนั้น  ภาพที่ทำด้วย  MRI  จึงเป็นภาพนิ่งของโครงสร้างของสมอง  ส่วนวิวัฒนาการที่สำคัญของ  fMRI  ก็คือการขยายสมรรถภาพของ  MRI  ให้บันทึกความเปลี่ยนแปลงในสมองที่เกิดจากการทำงานของเซลล์ประสาท การตรวจพบความเปลี่ยนแปลงนั้นเป็นไปได้ก็เพราะปฏิกิริยาต่อสนามแม่เหล็กที่ต่างกันระหว่างโลหิตแดง  (สมบูรณ์ด้วยออกซิเจน)  และโลหิตดำ  (ขาดออกซิเจน)

รู้กันมาตั้งแต่คริสต์ทศวรรษ 1890  แล้วว่า  ความเปลี่ยนแปลงของการเดินโลหิตและระดับออกซิเจนของโลหิตในสมอง  (เรียกรวมๆ กันว่า  hemodynamics)  มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการทำงานของเซลล์ประสาท  เมื่อเซลล์ประสาททำงาน  การเดินโลหิตเฉพาะที่ที่ไปสู่สมองเขตนั้นก็เพิ่มขึ้น  และโลหิตที่สมบูรณ์ด้วยออกซิเจนก็เข้าไปแทนที่โลหิตที่ขาดออกซิเจนประมาณ  ๒  วินาทีหลังจากเซลล์เริ่มทำงาน  การเพิ่มขึ้นของการเดินโลหิตนั้นถึงจุดสูงสุดในช่วงเวลา  4-6  วินาที  ก่อนที่จะลดลงไปสู่ระดับเดิม  (และโดยปกติแล้วจะลดลงไปถึงระดับที่น้อยกว่าระดับเดิม)  ส่วนออกซิเจนนั้นถูกขนส่งไปโดยโมเลกุลเฮโมโกลบินในเม็ดเลือดแดง แต่เฮโมโกลบินที่ขาดออกซิเจน  (Deoxygenated hemoglobi, ตัวย่อ  dHb)  นั้นมีระดับแม่เหล็กที่สูงกว่าเฮโมโกลบินที่สมบูรณ์ด้วยออกซิเจน  (oxygenated hemoglobin,  ตัวย่อ  Hb)  ที่จริงๆแล้ว  ไม่ถูกดึงดูดเพราะสนามเหล็ก  (คือมีคุณสมบัติเป็นไดอะแมกเนติก)  ความแตกต่างกันนี้ทำให้เกิดสัญญาณแม่เหล็กที่แตกต่างกัน  เนื่องจากว่าโลหิตที่เป็นไดอะแมกเนติกเข้าไปรบกวนสนามแม่เหล็กของเครื่อง MRI น้อยกว่า  ความแตกต่างนี้ทำให้รู้ถึงตัวเซลล์ประสาทที่กำลังทำงานอยู่ในช่วงเวลาหนึ่ง

หมายเหตุ

ดู 
 การตรวจเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์ (CT Scan, CAT Scan)

อ้างอิง

อ้างอิง
Joseph P. Hornak, The basics of MRI, http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
Richard B. Buxton, Introduction to functional magnetic resonance imaging: Principles and techniques, Cambridge University Press, 2002, ISBN 0-521-58113-3
Roberto Cabeza and Alan Kingstone, Editors, Handbook of Functional Neuroimaging of Cognition, Second Edition, MIT Press, 2006, ISBN 0-262-03344-5

อ่านเพิ่ม

แหล่งข้อมูลอื่น
 www.mri-tutorial.com MRI-TUTORIAL.COM – A free learning repository about neuroimaging
 BrainMapping.ORG project – Community web site for information Brain Mapping and methods
 fMRI Videos at RadiologyTube.com  – A collection of fMRI videos
 Columbia University Program for Imaging and Cognitive Sciences: fMRI

การสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก
การตรวจทางการแพทย์