Fonksiyonel Manyetik Rezonans (fMRI) beynin ses, görüntü, zihinsel aktivite gibi uyaranlar karşısında verdiği yanıtları inceleme olanağı sunan görüntüleme yöntemidir. Beyindeki fonksiyonel süreçleri kanın oksijenlenme seviyesine göre ölçer. Son 20 yıldır sinirbilim çalışmalarında oldukça sık kullanılmaktadır.
fMRI Tarihçesi
W. Rontgen, X ışınları ile beynin sadece fiziksel görüntüsünü elde etmişti. Ancak beynin dinamik bir organ olduğu ve bu sürecin gözlemlenebileceği düşünülmekteydi. 19. yy başlarında radyoloji biliminin ortaya çıkmasının ardından bilim insanları sinirsel faaliyetlerin kandaki oksijen seviyesinde değişikliğe yol açtığını fark etti. 1930’larda Isidor Isaac Rabi, radyo dalgalarıyla birleşen manyetik alanın atom çekirdeklerini hareket ettirdiğini keşfetti. Buna manyetik rezonans adını verdiler. Bu çalışma 1944’te Nobel Fizik Ödülü’nü aldı. 1970’te Paul Lauterbur ve Peter Mansfield birbirlerinden farklı yerlerde manyetik rezonansı teşhis amacıyla kullanmaya başladılar.
fMRI keşfinin temeli olarak 1990’ların başlarında Seiji Ogawa adlı bir fizikçi oksihemoglobin moleküllerinin deoksihemoglobin (oksijence fakir) moleküllerine göre manyetik alandan daha farklı etkilendiğini fark etti. Bu keşfin ardından 1990 yılından itibaren fMRI teknolojisi hızla gelişti. İlk bilimsel çalışma ise 1991’de Jack Belliveau ve arkadaşları tarafından Science’ta yayımlandı. Sonraki yıllarda Bell Laboratuvarı’nda Seiji Ogawa ile çalışma arkadaşı olan Türk bilim insanı Kamil Uğurbil‘in, 1992’den günümüze kadar fMRI çalışmalarıyla ilgili makalelerde imzası bulunuyor.
Çalışma Prensibi
Vücutta bir bölgede aktivite arttığında kanlanma meydana gelir ve oksijen tüketimi artar. Vasküler sistem tarafından o bölgeye oksijenli kan (oksihemoglobin) iletilir. Oksijen taşıyan kanın oksijen taşımayan kana göre manyetik özellikleri farklıdır. Dolayısıyla bu farklılık MR sinyallerini etkiler. Oksihemoglobin molekülleri artttığında MR sinyalleri artar. Bu sebeple MR sinyali kandaki oksijenlenme seviyesine bağımlı (blood oxygenation level dependent) BOLD sinyali olarak adlandırılmaktadır.
Beyin vücuttaki enerjinin 1/5’ini tüketir. Bu vücuttaki oksijenin önemli bir bölümünün beyin tarafından kullanılıyor olması demektir. Bu nedenle fMRI cihazlarının tüketilmiş oksijeni görebiliyor nitelikte olması gerekir. Beyin hemoglobindeki oksijeni tükettiğinde hemoglobin manyetik özellik gösterir. Beyinde herhangi bir zihinsel ya da duygusal aktivite gerçekleştiğinde o bölgede kan akışı artar. Oksijenlenme artacağından bu bölge diğer kısımlardan farklı hale gelir. Başka bir deyişle beyinde hangi bölge çalışıyorsa fMRI o bölgeyi fark eder.
fMRI, beyindeki atomların, elektromanyetik alana duyarlı olması sayesinde çalışan bir beynin 3 boyutlu ve çözünürlüğü 1mm’ye kadar inen oksijen haritasını gösterebilmektedir.
MRI ile fMRI Arasındaki Farklar
Temelde iki görüntüleme yönteminde de aynı atom fiziği kullanılmaktadır. Hatta fMRI, MRI ile aynı cihaz üzerinden yürütülmektedir. Ancak fMR görüntülemede MR cihazına ek donanım ve yazılımlar yüklenmesi gerekiyor. Aynı cihazın kullanılması ekonomik gibi gözükse de eklenen yazılımlar oldukça yüksek maliyetlidir. Bir fMRI cihazının maliyeti yaklaşık 3-5 milyon Eurodur. Bu tutara harcanan elektrik ve yıllık bakım masrafları eklendiğinde oldukça yüksek rakamlar ortaya çıkıyor.
MRI taramasında organların anatomik yapıları incelenmektedir. Dolayısıyla MR görüntülemede organların üç boyutlu görüntüsü elde edilir. fMRI’da ise organların metabolik faaliyetleri (kimyasal ve fiziksel süreçleri) incelenmektedir. Oluşan görüntüde organların anatomik yapılarının yanında metabolik etkinlikleri de elde edilmektedir.
Bilimsel Çalışmalar
Bilkent Üniversitesi Ulusal Manyetik Rezonans Merkezi (UMRAM)’ dan alınan bilgilere göre temporal lob epilepsisi, şizofreni, hareket bozuklukları, felç sonrası fizik tedavi ve rehabilitasyon gibi birçok farklı alanda kullanılmaktadır.
Bir başka çalışmada ise deneklere farklı resimler gösterildiğinde fMR görüntüleri incelenmiş ve daha sonra sadece fMRI sonuçlarına bakılarak insanlara hangi resimlerin gösterildiği tahmin edilmeye çalışılmış. Aslında uzmanlar bu çalışmayı bir tür “zihin okumak” olarak nitelendiriyor. Bunun bir gün mümkün olabileceğini ancak henüz elde edilen verilerle buna çok uzak olduklarını da ekliyorlar.
Türkiye’de ve dünyada fMRI kullanılarak yapılan birkaç çalışma örnekleri:
- Türkiye’de yapılan bir fMRI deneyi: “Müzik Beğenisinde Kültürel Etkenler”
- Amerika’da yapılan nöro-ekonomi ile ilgili çalışmada insanların bir ürünü beğenmesinin fiyatıyla ilgili olup olmadığı,
- Duygusal ve fiziksel olarak duyulan acıda beynin aynı bölgesinin etkilenmesi
gibi birçok bilimsel çalışmada karşılaştığımız olayların beynimizdeki etkileri fMR görüntüleri ile incelenmiştir.
Araştırmacılar için asıl önemli olan fMRI ile beynin “öğrenme süreçlerini” anlayabilecek hale gelmek. Bu sayede eğitim sistemine çok önemli katkıların sağlanabileceği düşünülmekte.
Kaynaklar
- “Beyninizden İnce Bir Dilim Alabilir Miyiz? – Bilim ve Teknik Dergisi
- Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme ve Odyoloji Bilimindeki Yeri – Mehmet Kadir ERCAN
- wikipedia.org
- Manyetik Rezonans Görüntüleme Fiziği – Dr. Oktay Algın, Dr. Ali Çağlar Özen, Dr. Ergin Atalar
