Fonksiyonel magnetik rezonans görüntüleme (fMRG), radyasyon olmaksızın beynin spesifik fonksiyonlarını ölçen ve lokalize eden noninvaziv bir görüntüleme yöntemidir. Manyetik alanda eşlemiş gradientleri kullanarak ölçüm yapılan bir yöntemdir. Fonksiyonel MRG, basit duyusal-motor aktivasyonlara ek olarak, kognitif görevlere özgül aktivasyon odaklarının ortaya çıkarılması ve kognitif süreçlerin lokalize edilmesine olanak vermektedir (Turner 1998).
fMRG fizik prensipleri
Temel kontrast mekanizmaları;
fMRG üzerine yapılan öncül çalışmalarda deneklere ekzojen belirteçler verilmiş, bu belirteçlerin beyindeki konsantrasyonlarının zamansal değişimlerine bakılmıştır (Belliveau ve ark. 1991). Konsantrasyondaki değişim hızı ve miktarı nöral aktivasyonun dolaylı bir göstergesi olan bölgesel serebral kan akımının (regional serebral blood flow: rCBF) hesaplanmasında kullanılmaktadır. Kullanılan belirteçler gadolinyum içerir ve radyoaktif değillerdir. Ancak Deoksi-hemoglobinin (Deoksi-Hb) endojen bir belirteç olarak kullanıma girmesiyle diğer ekzojen belirteçler kullanım dışı kalmıştır (Ogawa 1991). Deoksi-Hb dışında arterlerdeki kan spinlerinin işaretlenmesi yoluyla bölgesel serebral kan akımının doğrudan ölçümüne olanak tanıyan başka teknikler bulunmaktadır (Belliveau ve ark. 1991).
BOLD kontrast mekanizması:
Günümüzde kullanılan endojen teknik, kortikal aktivasyonun bölgesel serebral kan akımında artışa yol açmasına ve aktive nöronların öncelikle anerobik süreçleri kullanmasına dayanmaktadır (Ogawa 1991). Bölgesel venöz kan bu iki süreç sonunda oksijen yönünden
zenginleşmektedir. fMRG ile oksijenlemedeki artış saptanarak nöral aktivasyon dolaylı olarak ortaya konmakta ve oksijen artışı gösteren aktive odaklar yapısal görüntülerin üzerine parlak alanlar şeklinde örtüştürülmektedir. Bu yöntem kan oksijen seviyesine bağımlı kontrastlanma (blood oxygen level dependent enhancement: BOLD) olarak adlandırılmaktadır. Bu yöntem ile elde edilen sinyaller BOLD sinyali olarak adlandırılmaktadır.
Elde edilen sinyallerin şiddeti kan damarlarındaki hemoglobinin oksijenlenmesine bağlı olarak değişmektedir. Oksihemoglobin (oksi-Hb) biyolojik dokuların çoğu gibi diamanyetiktir. Bu nedenle beyin dokularından elde edilen sinyal şiddetini etkilememektedir. Deoksi-Hb ise paramanyetik olup, beyin dokularının manyetik relaksasyon süresini kısaltmakta ve bu dokulardan elde edilen sinyal şiddetini değiştirmektedir. Beyin aktivasyonu sonrası bölgesel Serebral Kan Akımı (Regional Serebral Blood Flow-rCBF) nöral aktivasyon bölgelerinde artarken, bölgesel serebral oksijen tüketim hızı (regional cerebral metabolic rate of oxygen: rCMRo2) görece sabit kalmaktadır. Bu iki parametre arasındaki tutarsızlık nedeniyle aktivasyon alanındaki kapilerlerde ve venlerde oksi-Hb konsantrasyonu artmaktadır. Sonuçta aktive olan beyin alanlarında deoksi-Hb’nin görece düşüşü nedeniyle zaman eğrisinde (T2) uzama olmakta ve MR sinyalinde artış gözlenmektedir (Erden 2008).
BOLD kontrastının anlamı:
BOLD kontrastı ile elde edilen sinyalin teorik zamansal çözünürlüğü yüzlerce milisaniyelere kadar değişirken, uzaysal çözünürlüğü 3 mm ve altına erişebilir. (Uğurbil ve ark. 2000, Kim ve ark. 1997 ). Bununla birlikte pratikte BOLD kontrastı, rCBF, CMR ve deoksi-Hb içeren kanın beyindeki kompartmantalizasyonu arasındaki ilişkilere dayanır ve çok çeşitli fizyolojik ve teknik parametre tarafından kontrol edilen karmaşık bir yanıtı yansıtır. Bu nedenle BOLD, klinikte kullanılan sistemlerde nöral aktivitenin gerçek kantitatif ölçümü yapılamamaktadır.
BOLD sinyalinin işlenmesi:
Bir beyin haritalaması deneyinde serebral görevler yerine getirilirken 1-6 sn arasında değişen tekrarlarla yüzlerce beyin görüntüsü elde edilmektedir. Bu sırada denekler, görev ve kontrol durumlarında tekrarlayan bir şekilde görüntülenmekte ve görevden sorumlu kortikal alanlarda sinyal şiddetinde hızlı bir artış gözlenmektedir. Elde edilen görüntü serileri görev paradigması ile korelasyon gösteren sinyal değişimlerini ortaya çıkarmak üzere analiz edilmektedir. Belirtilen analizde veriler istatisitksel parametrik haritalama (statistical parametric mapping: SPM) olarak bilinen yöntem kullanılarak görüntü farklılıklarının istatistiksel haritalarına dönüştürülmektedir (Friston ve ark. 1995, Friston ve ark. 2003). Uyarana bağımlı anlamlı sinyal artışı gösteren noktalar renkle kodlanmakta ve anatomik ilişkilendirme amacıyla yapısal görüntüler üzerine örtüştürülmektedir (Howseman, Bowtell 1999, Bandettini 1993, Hill 1995).
Özetle;
İnsan beyni istirahat halinde dahil aktivasyonunu sürdürmekte; belirli görevleri yerine getirirken de farklı bölümlerinde daha fazla aktivasyon göstermektedir. Fonksiyonel magnetik rezonans görüntüleme (fMRG) beyindeki nöronların belirli bir görev sırasında ya da istirahat halinde iken enerji metabolizmaları sonucu oluşturdukları deoksihemoglobin düzeyini ölçerek ölçümler yapar. Bu, araştırmacılara beyinde verilmiş bir görevi yerine getirirken ya da istirahat halinde iken beynin hangi bölgelerinde Hb düzeyinde (Blood oxygen dependent level-BOLD) yani dolaylı olarak metabolizmasında ne gibi değişikleri daha fazla yaşadığını göstermekte ve bu şekilde aktive olan beyin bölgesinin yerini tespit etmeye avantaj sağlamaktadır. Nöronda aksiyon potansiyeli oluşumu, potansiyelin yayılımı, sinaptik vezikülllerin oluşturulması ve salınımı gibi onlarca işlem enerji ihtiyacı gerektirmektedir. Bu ihtiyaç nöronun mitokondrisinde glikozun oksidasyonu ile olmakta ve O2 gerekmektedir.
Beyin kognitif task (görev) gereğini yerine getirmesi gerektiğinde nöron ateşlenmesi beynin belirli bölümlerinde artmakta ve nöron metabolizması hızlanmakta; O2 tüketimi artmaktadır (cerebral metabolic rate of oxygen-CMRO2). Metabolizma artışı sebebiyle oksijen tüketimi hızlıca olmakta; hidrojen, karbondioksit gibi metabolitler lokal dokuda artmakta ve vazodilatasyona sebep olarak ilgili bölgenin kanlanmasında artışa sebep olmaktadır. Bu kanlanma artışı eksik olan oksijen açığını kapatmanın haricinde bilinmeyen sebepler yüzünden ihtiyaç olandan daha fazla olmaktadır. Sonuç olarak nöronal aktivite iki ana sonuç doğurmaktadır: kan akımında artış ve oksijen konsantrasyonunda değişiklik. Kanlanma değişiklikleri vücuda enjekte edilen kontrast ajanlarla ya da diffüzyon ağırlıklı magnetik rezonans (MR) görüntüleme ile gösterilebilmektedir. Oksijen konsantrasyonundaki değişiklikler ise eritrositlerin hemoglobindeki oksijen içerme durumuna bağlı olarak değişen magnetik alanlarının ölçümü ile yapılmaktadır. Eritrosit içindeki hemoglobin oksijenle tam doyum halinde ise diyamanyetik olup beyin dokusundan ayrı olarak gösterilemez. Hemoglobin deoksijene hale geldiğinde ise paramanyetik özellik kazanarak ölçüme elverişli bir hale gelir; eritrosit konsantrasyonu bu şekilde gösterilebilir hale gelir (Glover 2011).
2.4. DİĞER PSİKİYATRİK HASTALIKLARDA FONKSİYONEL MRG BULGULARI