血液酸素化レベル依存画像
血液酸素化レベル依存画像法（ BOLDコントラスト画像法）は、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）において、脳や他の臓器の様々な領域における血液酸素化レベルを観察するために使用される手法であり、これらの領域は特定の時点で活動していることが判明している。[ 1 ] [ 2 ]
理論
ニューロンは糖や酸素といった形でエネルギーを蓄えていないため、発火するとより多くのエネルギーを迅速に取り込む必要が生じます。血行動態反応と呼ばれるプロセスを通じて、血液は活動中のニューロンに、活動していないニューロンよりも多くの酸素を放出します。これにより、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビン（酸素化血液または脱酸素化血液）の相対的なレベルが変化し、その変化は磁化率の差に基づいて検出できます。
1990年、小川誠司らは3本の論文を発表し、ヘモグロビンは酸素化型と脱酸素化型で異なる磁気特性を持つこと（脱酸素化ヘモグロビンは常磁性、酸素化ヘモグロビンは反磁性）を示しました。これらの特性はMRIを用いて検出可能です。[ 3 ]この変化は磁気信号の変化につながり、MRIスキャナーを用いて検出可能です。ある思考、行動、または経験を何度も繰り返すことで、統計的手法を用いることで、結果としてこの差異がより顕著に現れる脳の領域を特定し、ひいてはその思考、行動、または経験において最も活発に活動する脳の領域を特定することができます。
批判と限界
fMRI研究の多くでは、脳のどの部分が最も活動しているかを判断する方法としてBOLDコントラストイメージングが用いられていますが、信号は相対的であり、個別に定量的ではないため、その厳密さに疑問を呈する声もあります。神経活動を直接測定することを提案する他の方法も試みられてきました（例えば、脳の各領域における酸素抽出率（OEF）の測定は、血液中の酸素化ヘモグロビンが脱酸素化ヘモグロビンに変換された量を測定するものです[ 4 ]）。しかし、活動中のニューロンまたは発火ニューロンによって生成される電磁場は非常に弱いため、信号対雑音比は極めて低く、定量的なデータを抽出する統計的手法はこれまでほとんど成功していません。
BOLDコントラスト画像法における低周波信号の典型的な破棄は、1995年に、右手の動きを制御する脳の領域の「ノイズ」が、左手の動きと関連する脳の反対側の領域の同様の活動と一致して変動することが観察されたときに疑問視されました。[ 1 ] BOLDコントラスト画像法は、2つの脳の状態の違いにのみ敏感であるため、[ 5 ]これらの相関変動を分析するための安静時fMRIと呼ばれる新しい方法が必要でした。
歴史
BOLDコントラストイメージングの概念実証は、 1990年に小川誠司らによって、生体内の血液酸素化の変化をMRIで検出できるという実験に続いて行われた。 [ 6 ]小川の実験では、空気中のさまざまな成分における血液酸素化レベルに依存したげっ歯類の脳切片コントラストのイメージングが行われた。高磁場下では、麻酔下の生きたマウスとラットの脳の水プロトン磁気共鳴画像が、勾配エコーパルスシーケンスによって測定された。実験では、呼吸ガス中の酸素含有量が徐々に変化すると、これらの画像のコントラストが徐々に変化することが示された。小川は、この差異の主な原因は酸化ヘモグロビンと脱酸化ヘモグロビンであると提唱し、証明した。[ 7 ]
BOLD fMRIの他の著名な先駆者としては、1992年に初めて人間の被験者にこの技術を使用したケネス・クォンとその同僚がいます。 [ 8 ]
参照
参考文献
- ^ a b E. Raichle, Marcus (2010). 「脳のダークエネルギー」. Scientific American . 302 (3): 44– 49. Bibcode : 2010SciAm.302c..44R . doi : 10.1038/scientificamerican0310-44 . PMID 20184182. fMRI信号は、血流の変化によって引き起こされる脳内の酸素レベルの変化を利用するため、
通常、血中酸素レベル依存（BOLD）信号と呼ばれます。
- ^ Ogawa, S.; Lee, TM; Kay, AR; Tank, DW (1990). 「血液酸素化に依存したコントラストを用いた脳磁気共鳴画像法」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 87 (24): 9868– 9872. Bibcode : 1990PNAS...87.9868O . doi : 10.1073/pnas.87.24.9868 . PMC 55275. PMID 2124706 .
- ^ Chou, I-han. 「Milestone 19: (1990) Functional MRI」 Nature . 2013年8月9日閲覧。
- ^ Yablonskiy, Dmitriy A.; Haacke, E. Mark (1994). 「磁気的に不均質な組織におけるNMR信号の挙動理論：静的位相ずれ領域」 . Magnetic Resonance in Medicine . 32 (6): 749– 763. doi : 10.1002/mrm.1910320610 . PMID 7869897 .
- ^ Langleben, Daniel D. (2008年2月1日). 「fMRIによる欺瞞の検出：その段階に到達したのか？」 .法・犯罪心理学. 13 (1): 1– 9. doi : 10.1348/135532507X251641 .
- ^ Raichle, ME (1998年2月3日). 「機能的脳イメージングの舞台裏：歴史的および生理学的観点」 . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 95 (3): 765–72 . Bibcode : 1998PNAS...95..765R . doi : 10.1073/pnas.95.3.765 . PMC 33796. PMID 9448239. Ogawaらは、生体内での血液酸素化の変化を
MRIで検出できることを実証した。
- ^小川誠司 (1990). 「高磁場下におけるげっ歯類脳の磁気共鳴画像における酸素化感受性コントラスト」.磁気共鳴医学. 14 (1): 68– 78. doi : 10.1002/mrm.1910140108 . PMID 2161986. S2CID 12379024 .
- ^ロシュ, リチャード AP; コミンズ, ショーン; ドックリー, ポール M. (2009). 「認知神経科学：序論と歴史的展望」 . ロシュ, リチャード AP; コミンズ, ショーン (編).認知神経科学における先駆的研究. メイデンヘッド, バークシャー: マグロウヒル・オープン大学出版局. p. 11. ISBN 978-0335233564。
