Termen database

fMRI

Bij het verder doorontwikkelen van MRI werd functionele MRI of fMRI uitgevonden. Net als PET berust het principe van fMRI op de zuurstoftoevoer naar de hersenen. Deze zuurstoftoevoer vindt plaats doordat er meer zuurstofrijk bloed naar een bepaald hersengebied wordt gebracht. In zuurstofrijk bloed is zuurstof gebonden aan hemoglobine. Wanneer een bepaald gebied actief is, wordt er binnen een paar seconden zuurstofrijk bloed gebracht naar dit gebied. Deze natuurlijke reactie van het lichaam wordt de hemodynamic respons genoemd, en kan worden gemeten met behulp van fMRI.

Zuurstofrijk en zuurstofarm bloed hebben verschillende magnetische eigenschappen, zuurstofrijk bloed is diamagnetisch, en zuurstofarm bloed is paramagnetisch. Hierbij geeft zuurstofrijk bloed een hoog fMRI-signaal, en zuurstofarm bloed geeft een laag fMRI-signaal. Wanneer er veel zuurstofrijk bloed naar een bepaald hersengebied gaat, dan wordt het fMRI-signaal dus opeens sterker. Dit leidt tot een typisch signaal van de hersenen, het BOLD-signaal. BOLD staat voor Blood Oxygenation Level Dependent, en geeft eigenlijk de verhouding weer tussen zuurstofrijk en zuurstofarm bloed.

Er zijn verschillende kenmerken waaraan het BOLD-signaal te herkennen is.

Het signaal begint altijd met een kleine, initiële, dip, wat inhoudt dat er een vermindering van zuurstofrijk bloed is. Dit wordt veroorzaakt doordat het actieve hersengebied direct zuurstof nodig heeft. Het duurt echter een paar seconden voordat het extra zuurstofrijke bloed dit hersengebied bereikt heeft.

Ongeveer drie seconden na het begin van de activiteit is de extra bloedtoevoer te zien in het signaal, er komt extra veel zuurstofrijk bloed naar dit hersengebied. Deze extra hoeveelheid wordt zowel verklaard door een toenemende bloedstroom, en een toenemend volume van de bloedstroom. Er komt dus meer bloed achter elkaar, maar ook meer bloed tegelijk, de elastische bloedvaten zetten daarom ook iets uit.

Na een tijdje heeft het hersengebied genoeg zuurstof gekregen om de taak naar behoren uit te voeren, en de zuurstoftoevoer zal weer dalen tot het baseline-niveau. De bloedvaten hebben echter iets meer tijd nodig om tot hun oorspronkelijke staat terug te keren. In deze vaten blijft dus nog een tijdje veel zuurstofarm bloed zitten. Hierdoor daalt het BOLD-signaal dus tot onder de baseline.

Pas wanneer de bloedvaten weer hersteld zijn naar hun oorspronkelijke staat, zal het BOLD-signaal gelijk zijn aan dat in rust.

 

Er worden twee typen taken onderscheiden die te gebruiken zijn bij fMRI.

  • Bij een blocked design worden meerdere trials van dezelfde soort geclusterd in blokken. Eerst is er bijvoorbeeld een blok waarin alleen maar getallen worden aangeboden als stimuli. Hierna kan dan een blok volgen met alleen maar woorden als stimuli. Tijdens de analyse van dit design wordt de gemiddelde activiteit tijdens de blokken met elkaar vergeleken.
  • Bij een event-related design worden trials van verschillende condities niet meer geclusterd, maar in een random volgorde aangeboden. Hierna worden de individuele trials van één conditie bij elkaar gegooid, en hiervan wordt een gemiddelde berekend. Dit gemiddelde wordt vergeleken met het gemiddelde van de andere conditie. De analyse van event-related designs is in principe hetzelfde als voor ERP. Echter, er moet wel rekening gehouden worden dat fMRI een stuk langzamer activiteit laat zien dan EEG. Dit kun je doen door meer tijd vrij te houden tussen de stimuli, zodat het signaal weer kan terugkeren naar baseline-niveau. Het ideale tijdsinterval hiervoor is 12 seconden.

Op cognitieve taken heeft een event-related design de voorkeur. Om te beginnen kunnen proefpersonen geen strategie ontwikkelen om het probleem op te lossen, aangezien ze niet weten wat voor soort stimulus er komt. In een blocked design kan dit wel, omdat de personen weten wat er gaat komen (het is immers allemaal hetzelfde). Daarnaast kun je de activiteit in een event-related design makkelijk koppelen aan de aangeboden stimuli. Dit wil zeggen dat de basisactiviteit, of de activiteit tussen twee trials door, niet meegenomen wordt in het gemiddelde. Ook heb je bij event-related design het voordeel dat je correcte reacties kunt scheiden van incorrecte reacties. Je kunt hiertussen dus ook het verschil berekenen.

 

Auteur: Myrthe Princen
Please wait... loading