基本概念
血氧水平依賴功能磁共振成像基礎
血氧水平依賴(blood oxygen level dependent, BOLD)效應最先是由 Ogawa 等於1990 年提出, 他們發現氧合血紅蛋白含量減少時, 磁共振信號降低, 並且還發現信號的降低不僅發生在血液里, 而且還發生在血管外, 於是認為這種效應是血液的磁場性質變化引起的。此後很多研究者進行了大量的理論和實驗的工作, 總結出 BOLD-fMRI 的成像基礎，神經元活動時, 局部腦血流量和耗氧量均增加, 但是兩者增加有差異, 即腦血流量的增加多於耗氧量的增加, 這種差異使活動區的靜脈血氧濃度較周圍組織明顯升高,去氧血紅蛋白相對減少。去氧血紅蛋白是順磁性的物質, 在血管和其周邊產生局部梯度磁場,使質子快速去相位, 因而具有縮短 T2 的作用。 腦區激活時, 由於去氧血紅蛋白減少, 縮短 T2 的作用也減少, 同靜息狀態相比, 局部腦區的 T2 或 T2F 相對延長, 因而在 T2 加權或者 T2F 加權的功能磁共振成像圖上表現為信號相對增強。
展望
fMRI 從引入到現在, 已經成為神經科學研究領域一個不可缺少的研究工具, 但是它也存在一些缺陷, 比如它的精確性還沒有被完全闡明, 尤其是它的空間特異性, 因為大的靜脈能產生 BOLD 回響, 而這些靜脈遠離神經活動的部位。研究表明,fMRI受大血管作用的控制, 這些大血管在血管圖像中能夠很容易地看出來。大血管的作用和流入效應有關, 而這兩種作用都不是我們所想要的。因為大血管離神經元活動的部位有一定的距離(約 1 cm) ;另外, 它會產生偽跡波動, 妨礙與神經活動相關的信號變化的監測。在許多情況下, 這些偽跡波動與神經元活動引起的強度變化相當或更大, 神經元活動引起的強度變化也在百分之幾的範圍。由於無法監測小的變化, 將不能準確確定與神經元活動相關的血液動力的真正空間範圍和位置。除此之外, 被試的運動和生理噪聲也會造成 fMRI 數據波動。近年來 fMRI 新的進展主要為以下幾方面：①向高場移動: BOLD 回響與磁場強度是緊密相關的, 並且這種相關性是很複雜的。隨著磁場強度的增加, MR 圖像本身的信噪比會增加, 而且 fMRI 的敏感性也隨之增加。最重要的是, 隨著信噪比的增加, 不僅能檢測到更加強的信號的變化, 而且 fMRI的可靠性和重複性也增強; ②fMRI 信號的早期衰減: 血液動力學反應可能在空間上比實際的神經元活動部位大, 因此可能影響到fMRI的空間特異性。大多數的 fMRI 研究都是基於對延遲反應的測定,所以這些研究可能在空間特異性或空間解析度上受到固有的限制。一個更加有效的選擇可能是測定初始去氧血紅蛋白濃度的增加, 表現為 fMRI 信號的降低;③事件相關 fMRI: 傳統的 fMRI研究採用的是區組設計, 該設計可以看作是一個穩態反應, 這種研究得到的圖像是對參與特定任務腦區的一個平均觀察。事件相關的 fMRI 通過增加一個維度—時間, 打開了探測神經元事件的通道; ④fMRI 和電生理的結合: fMRI 具有高的空間解析度的特點, 但與電生理方法(EEG、 MEG)比較, fMRI時間解析度比較低。因此如果將 fMRI和電生理方法結合起來,可獲得較高的空間解析度和時間解析度。
