機能的磁気共鳴画像法のしくみ

磁気共鳴画像法（MRI）により、医師は脳の構造の非常に優れた画像を取得できるようになりました。機能的MRIとして知られる新しい技術は、脳の活動も間接的に測定することでさらに前進することができます。ほとんどの場合、この手法は研究研究でのみ使用されますが、臨床現場ではより一般的になりつつあります。

ある時点で、機能的MRIを使用して作成された画像に出くわしたことがあるでしょう。それらは、言語や動きのようないくつかの機能に関連する脳の領域を描いた色付きの領域で脳を示しています。これらの研究は非常に人気があります。このテクノロジーを使用した何百もの科学論文が毎月発行されており、その多くは一般の報道機関でも言及されています。しかし、これらの画像はどのように作成され、実際には何を表していますか？

マシューシモンズ/ストリンガー/ゲッティイメージズ

機能的MRIのしくみ

機能的MRIは、血中酸素レベル依存（BOLD）コントラストと呼ばれる特別な信号を利用します。脳を流れる血液は、ヘモグロビンと呼ばれる分子に酸素を運びます。ヘモグロビン分子も鉄を運ぶため、磁気信号を持っています。ヘモグロビン分子は、酸素に付着している場合と酸素を運んでいない場合で磁気特性が異なることがわかり、この小さな違いはMRI装置で検出できます。

脳のある領域がより活発になると、最初は血液中の多くの酸素を消費します。その後まもなく、脳は酸素供給を回復するために局所血管を拡張します。脳はこの仕事を少しうまくやりすぎて、最初に使用されたものよりも多くの酸素化された血液がその領域に入る可能性があります。 MRI装置は、この血中酸素の増加に起因する信号の違いを検出できます。

したがって、機能的MRI研究は、実際にはニューロンの活動を直接調べているのではなく、血中酸素レベルがどのように変化し、この活動を神経の発火と相関させているかを調べています。研究によると、この仮定は通常正しいことが示されていますが、血管奇形、腫瘍、さらには正常な老化などの疾患によって、神経活動と局所血流との関係が変化し、BOLD信号が発生する可能性があります。

医師が機能的MRIを使用する方法

これは比較的新しい技術であり、他の技術でもfMRIと同様の質問に答えることができるため、fMRIは臨床や病院の環境では一般的に使用されていません。ただし、重要な脳手術の計画に役立てることができます。たとえば、脳神経外科医が脳の言語中心の近くにある脳腫瘍を取り除きたい場合、脳のどの領域が言語に関与しているかを正確に示すのに役立つfMRI研究を注文することができます。これは、脳神経外科医が手術中にこれらの領域を損傷するのを防ぐのに役立ちます。ただし、fMRIの最も一般的な用途は医学研究です。

fMRIを使用して行われる研究の種類

fMRIを使用して脳機能を視覚化する主な方法は2つあります。 1つの方法は、あるタスクまたは刺激に応答する脳の特定の領域を見つけることに焦点を当てています。たとえば、MRIスキャナーの人には、ある時点で点滅するチェッカーボードが表示されたり、空白の画面が表示されたりする場合があります。チェッカーボードが点滅しているのを見るたびに、ボタンを押すように求められる場合があります。タスク中の信号は、タスクが実行されていないときの信号と比較され、結果は、点滅するチェッカーボードを見てボタンを押すことに関与した脳領域の一種の画像になります。

fMRIを使用できるもう1つの方法は、ニューラルネットワークを評価することです。これには、脳のどの領域が互いに話し合っているかを把握することが含まれます。通常、脳の1つの領域が別の領域と同時に点灯する場合、脳のこれら2つの領域が接続されている可能性があります。この種の研究を行うために、タスクは必要ないかもしれません。このため、これらの研究は安静時機能的磁気共鳴画像法と呼ばれることもあります。

機能的MRI研究から得られる情報は非常に複雑であり、意味のあるものにするために多くの統計分析が必要です。これは当初、分析でエラーが発生する可能性が高いと思われたため、多くの人々が機能的MRI研究の結果を不信に思っていました。しかし、研究者と査読者の両方が新しいテクノロジーに精通するにつれて、結果はより信頼できるものになりつつあります。

未来はどうなるか

機能的MRI研究は、神経経路と局在化について私たちがすでに知っていることを確認することに加えて、脳についてすでに多くの異なることを示しています。 fMRIが臨床現場で一般的に使用されるかどうかを判断するのは難しいですが、研究ツールとしての人気と有効性だけで、医師と一般の人々の両方がこのツールの仕組みを基本的に理解することが重要になります。