機能的磁気共鳴画像法について詳しく解説

導入

神経科学

分析のレベル

分子、シナプス、神経、神経ネットワーク、有機、全身

メソッド

脳画像診断、電気生理学、脳損傷、 人工知能

研究分野

神経解剖学•神経生理学•神経内分泌学 •精神生理学 •認知神経科学•社会神経科学 •神経心理学 •

主要な概念

ニューロン•活動電位 •シナプス •ニューロメディエーター •ニューロン可塑性•シナプス可塑性 •事前配線 •反射•報酬 •認知 •心のモジュール性

研究者

ラモン・イ・カハル • CS シェリントン • P. ブロカ • J. オールズ • J. ルドゥー • DH ヒューベル • T. ヴィーゼル • E. カンデル • JP シャンギュ

応用分野

神経内科•脳神経外科•神経心理学 •精神医学•神経薬理学 •時間生物学•

こちらも参照

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機能的磁気共鳴画像法(fMRI) は、磁気共鳴画像法を脳機能の研究に応用したものです。これは、活動期間 (右手の指を動かすなど) と休息期間を交互に繰り返すことで構成され、脳全体の画像を 1.5 ～ 6 秒ごとに取得します(従来の研究で使用されている解像度の平均時間に相当します)。この技術は被験者の健康に危険をもたらすことはありません。

活性化された脳領域の位置は、赤血球に含まれるヘモグロビンの磁化に関連する BOLD (血中酸素濃度依存) 効果に基づいています。
ヘモグロビンは 2 つの形態で存在します。

• 肺によって酸素を供給された赤血球には、オキシヘモグロビン (NMR では活性のない分子) が含まれています。
• 組織によって脱酸素化された赤血球には、デオキシヘモグロビンが含まれています（常磁性（マグネットブレーカー）ため、NMRで確認できます）。

課題によって活性化された領域では、ニューロンによる酸素消費量のわずかな増加が、血流の大幅な増加によって過剰に補われます。これにより、デオキシヘモグロビンの濃度が減少します。後者の常磁性特性を考慮すると、MRI信号(水の水素原子核の緩和時間 T2*) は、活性化期間中にわずかに増加します。より正確には、水素原子核 (= 陽子) を取り囲む異なる環境 (血管内、血管外) 間の 磁化率の違いが重要な役割を果たします。実際、異なる媒体間の磁化率の違いは、磁場の局所的な変動を引き起こし、水素原子核の緩和時間T2* を乱します。したがって、生体内では、酸素を豊富に含んだ血液と同様に、血管外環境の磁化率は低くなります。一方、酸素を含まない血液は磁化率が強いため、その逆になります。したがって、酸素の少ない血液を含む血管（細静脈）と血管外環境との境界では、磁場の乱れが生じ、それによりプロトンのT2*緩和時間が短縮されることになる。 BOLD 効果の間、ニューロンの活性化により、隣接する毛細血管内の酸素を含んだ血液の濃度が増加し、その結果、血管周囲のプロトンの T2* 緩和時間が増加します。したがって、fMRI で測定されるのはこれらの信号の増加です。残念ながら、この変動は非常に小さいため、強調するには強力な統計手法が必要です。