EEG / fMRI hangisini ne zaman kullanmalı?

0
26

İnsan düşüncesini ve davranışını anlamak için birçok yaklaşım vardır. Ancak beynin nasıl çalıştığını gerçekten anlamak için içine bakmamız gerekir. Merak etmeyin göründüğü kadar ürkütücü bir şey değil! Günümüzde birçok beyin görüntüleme yöntemi invaziv değildir.

Şimdi gelin en yaygın beyin görüntüleme tekniklerinden EEG ve fMRI’ın nasıl çalıştığını inceleyip karşılaştırarak avantaj ve dezavantajlarına bakalım.

EEG nedir?

EEG (elektroensefalografi), beynimizin elektriksel aktivitesini kafa derisine yerleştirilen elektrotlar aracılığıyla ölçer. Yüzey ölçümleriyle beynin hangi bölümlerinin, ne kadar aktif olduğunu söyler.

Bu yöntem uyaranlara yanıt olarak beyin aktivitesinin nasıl değişebileceğini hızlı bir şekilde belirlemek ve epilepsi hastalıklarındaki gibi beyindeki anormal aktiviteyi ölçmek için kullanılmaktadır [1].

Foto: npistanbul.com

EEG nasıl çalışır?

Beyin bir elektrik sistemidir. Tüm düşüncelerimiz (bilinçli veya bilinçdışı), elektrik akımları yardımıyla birbirlerine sinyal gönderen bir nöron ağı aracılığıyla üretilir. Daha fazla elektrik sinyali, daha fazla beyin aktivitesine karşılık gelen daha fazla nöronal iletişim demektir.

Bir EEG başlığının elektrotları, tek nörondaki değişiklikleri algılayamaz, bunun yerine aynı anda sinyal veren binlerce nöronun elektriksel değişimini tespit eder.

Elektrotlardan gelen sinyaller, güçlendirilmek üzere bir amplifikatöre gönderilir. Bu sinyaller bilgisayar yazılımları ile hızlı bir zamansal çözünürlükle çeşitli beyin aktivitesi haritalarına dönüştürülebilir.

EEG’nin dezavantajı mekansal çözünürlüğünün düşük olmasıdır. Elektrotlar beynin yüzeyindeki elektriksel aktiviteyi ölçtüğü için sinyalin yüzey (korteks) veya daha derin bir bölgeden üretilip üretilmediğini bilmek zordur. Bu sınırlamayı aşmaya çalışan uygulanabilir hesaplamalar vardır [2]. Ancak yine de bu durum EEG araştırmaları için sorun olmaya devam etmektedir.

MRI Nedir?

MRI (manyetik rezonans görüntüleme), belli bir zaman içerisinde beynin bir haritasını çıkararak nasıl göründüğünü gösterir.

Bu görüntü bilgisi, belirli beyin alanlarının boyutlarının insanlar arasında nasıl karşılaştırıldığını veya belirli bir beyin hakkında anormal bir şey olup olmadığını (örneğin bir tümör) belirlemek için yararlıdır.

MRI Nasıl Çalışır ?

MRI karmaşık bir görüntüleme metodolojisidir ancak burada genel bir bakış sunacağız.

Adından da anlaşılacağı üzere mıknatıslar manyetik rezonans görüntülemenin merkezindedir. Ancak bu mıknatıslar oldukça güçlüdür. Ortalama bir buzdolabı mıknatısından yaklaşık 1000 ila 3000 kat daha güçlüdür.

MRI’dan gelen manyetik alan, bedenimizdeki hidrojen atomlarındaki protonlarla etkileşime girer [3]. Vücudumuzun %70 su olduğu için mıknatısın etkilemesi için bol miktarda hidrojen atomu bulunmaktadır.

Genellikle bu protonlar rastgele yönlere bakar, ancak manyetik alan bunların önemli bir bölümünü aynı yönde hizalar. Yani MR makinesinde yatıyoruz ve hidrojen atomlarındaki protonlar (vücudumuzdaki suda olan) çoğunlukla aynı yöne işaret ediyor.

Bir sonraki adımda normal bir radyo sinyali gibi sadece çok daha hızlı bir radyo sinyali yayılır. Bu aynı zamanda protonlarla etkileşime girer ve onları çevirir. Radyo frekansı sadece bir anlık olduğu için protonlar daha önce hizalanmış hallerine geri dönerler.

Protonlar gevşerken MR cihazındaki sensörler tarafından tespit edilebilen bir enerji açığa çıkar. Bazı hesaplamalar yoluyla [4] bilgisayarlar, serbest bırakılan bu enerjiye bağlı olarak dokunun neye benzediğini belirleyebilir ve bize dokunun bir görüntüsünü gösterebilir.

Tabii ki MRI bize sadece beynin statik bir görüntüsünü gösterir. Bu beynin gerçek aktivitesi değil 3 boyutlu çözünürlükte anatomik bir görüntüdür. Peki beyin aktivitesinin bir görüntüsünü nasıl elde edebiliriz? Burada fMRI devreye giriyor.

Peki ya fMRI?

Sağ kolumu hareket ettirmek istiyorsam beynimin belirli bir kısmı bu eylemi tamamlamak için mesajı göndermek için aktivitesini artıracak ve beynin o bölgesi biraz daha fazla oksijen dolu kan akışı alacaktır.

fMRI’da, MRI ile aynı şeyler olur. Protonların gevşemesinden yayılan enerji ölçülür. Ancak hesaplamalar bu sefer oksijenli kan akışının miktarının nasıl değiştiğini belirlemeyi amaçlamaktadır.

Beynin bir bölümünde diğerlerine kıyasla daha fazla oksijenli kan varsa, bu beyin alanının daha aktif olması ihtimali vardır [5]. Bu, kan oksijenasyon seviyesine bağlı yanıt olarak bilinir.

Aşağıdaki genellikle bir MRI görüntüsü üzerinde görselleştirilen (renkleri alanlar) fMRI verileridir.

fMRI’ın bir dezavantajı zamansal çözünürlüktür. Kan akışının değişmesi birkaç saniye sürdüğünden ve gerçek kayıt hesaplama faktörleriyle sınırlandığından veri toplama işlemi yavaştır.

Editör notu: NPİStanbul Beyin Hastanesi’nde araştırmalarımız için kullandığımız 1.5 Tesla gücündeki MR tarayıcı (Achieva, Philips Healthcare) ile 2,64 saniyede tam bir beyin görüntüsünü tamamlamaktayız.

Deney katılımcıları birçok kez bir uyarana maruz kalır ve her seferinde beyin tepkilerinin farklı zaman noktalarının kaydedilir [6]. Bu da bir dizi beyin yanıtı ortaya çıkartır.

Karşılaştırma

Beyin görüntüleme teknolojileri açısından bazı farklılık vardır.

Dikkate alınması gereken diğer şeylerden biri de bu cihazların maliyetleridir. Bir MR tarayıcının maliyeti bir EEG’den (hem satın alma hem de bakım ile birlikte) oldukça yüksektir ve kullanım için gerekli eğitim seviyesi çok daha kapsamlıdır. Bir MR tarayıcısının verilerini analiz etmek yüksek düzeyde bilgi ve uzmanlık gerektiren bir görevdir.

EEG ile bir deney kurulumu çok daha kolaydır. Otomatik olarak hesaplanabilen bazı metrikler ile insan davranışları hakkında hızlı bilgiler de sağlanabilir.

Table: iMotions

 

Hangisini kullanmalısınız?

Her zaman olduğu gibi bu araştırma sorunuza bağlıdır. Uzaysal çözünürlükte görüntüleme ve detaylarla ilgileniyorsanız gerekli olan maliyeti karşılayabildiğiniz takdirde fMRI’ı seçmeniz doğru olacaktır.

Beyin aktivitesi hakkında daha yüksek zamansal çözünürlük, uygun fiyatlı ve erişilebilir bir yöntem arıyorsanız EEG’yi tercih etmelisiniz.

 

Kaynaklar:

[1] Noachtar, S., & Rémi, J. (2009). The role of EEG in epilepsy: A critical review. Epilepsy & Behavior15(1), 22-33. doi: 10.1016/j.yebeh.2009.02.035

[2] Oja, E., Harmeling, S., & Almeida, L. (2004). Independent component analysis and beyond. Signal Processing84(2), 215-216. doi: 10.1016/j.sigpro.2003.11.005

[3] Mills, A., Sakai, O., Anderson, S., & Jara, H. (2017). Principles of Quantitative MR Imaging with Illustrated Review of Applicable Modular Pulse Diagrams. Radiographics37(7), 2083-2105. doi: 10.1148/rg.2017160099

[4] Jung, B., & Weigel, M. (2013). Spin echo magnetic resonance imaging. Journal Of Magnetic Resonance Imaging37(4), 805-817. doi: 10.1002/jmri.24068

[5] Hillman, E. (2014). Coupling Mechanism and Significance of the BOLD Signal: A Status Report. Annual Review Of Neuroscience37(1), 161-181. doi: 10.1146/annurev-neuro-071013-014111

[6] Hennig, J., Speck, O., Koch, M., & Weiller, C. (2003). Functional magnetic resonance imaging: A review of methodological aspects and clinical applications. Journal Of Magnetic Resonance Imaging18(1), 1-15. doi: 10.1002/jmri.10330

 

Çeviri: Barış Birler

Editör: Kılınç Orhan Erdemir

Kaynak: Bryn Farnsworth, Ph.D https://imotions.com/blog/eeg-vs-mri-vs-fmri-differences/

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here