功能磁共振成像

scan reson reson

功能性磁共振成像 fMRI
功能性磁共振成像（fMRI，functional magnetic resonance imaging）是一種新興的神經影像學方式，其原理是利用磁振造影來測量神經元活動所引發之血液動力的改變。目前主要是運用在研究人及動物的腦或脊髓。
圖片說明：功能性磁共振成像資料(黃到橘色)疊在數人平均而得的腦部解剖影像(灰階)上方，顯示出受外界刺激時的腦部活化區域。
[編輯本段]背景
自從1890年代開始，人們就知道血流與血氧的改變（兩者合稱為血液動力學）與神經元的活化有著密不可分的關係。神經細胞活化時會消耗氧氣，而氧氣要藉由神經細胞附近的微血管以紅血球中的血紅素運送過來。因此，當腦神經活化時，其附近的血流會增加來補充消耗掉的氧氣。從神經活化到引發血液動力學的改變，通常會有1-5秒的延遲，然後在4-5秒達到的高峰，再回到基線（通常伴隨著些微的下沖）。這使得不僅神經活化區域的腦血流會改變，局部血液中的去氧與帶氧血紅素的濃度，以及腦血容積都會隨之改變。
血氧濃度相依對比（Blood oxygen-level dependent, BOLD）首先由小川誠二等人於1990年所提出，接著由鄺健民等人於1992年發表在人身上的套用。由於神經元本身並沒有儲存能量所需的葡萄糖與氧氣，神經活化所消耗的能量必須快速地補充。經由血液動力反應的過程，血液帶來比神經所需更多的氧氣，由於帶氧血紅素與去氧血紅素之間磁導率不同，含氧血跟缺氧血量的變化使磁場產生擾動而能被磁振造影偵測出來。藉由重複進行某種思考、動作或經歷，可以用統計方法判斷哪些腦區在這個過程中有信號的變化，因而可以找出是哪些腦區在執行這些思考、動作或經歷。
幾乎大部分的功能性磁共振成像都是用BOLD的方法來偵測腦中的反應區域，但因為這個方法得到的信號是相對且非定量的，使得人們質疑它的可靠性。因此，還有其他能更直接偵測神經活化的方法（像是氧抽取率（Oxygen Extraction fraction, OEF）這種估算多少帶氧血紅素被轉變成去氧血紅素的方法）被提出來，但由於神經活化所造成的電磁場變化非常微弱，過低的信雜比使得至今仍無法可靠地統計定量。
[編輯本段]BOLD與神經活動的關係
技術
套用正電子發射斷層掃描技術（PET scans），或稱之為PET掃描技術的研究，給被試服用不同种放射活性物質（但是很安全），這些物質在腦內被活動的腦細胞吸收。磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）利用磁場和射頻波腦內產生脈衝能量，因為脈衝可調諧到不同頻段，使一些原子與磁場偶聯。當磁脈衝被關掉的瞬間，這些原子振動（共振）並返回到自己的初始態，特殊的射頻接收器檢測這些共振及其對於計算機的通道信息，據此而產生不同原子在腦區中的定點陣圖像。
功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging， fMRI）的新技術，將上述兩項技術優勢結合起來，通過檢驗血流進入腦細胞的磁場變化而實現腦功能成像，它給出更精確的結構與功能關係。