Μελέτη Απεικόνισης Λειτουργικού Μαγνητικού Συντονισμού Και Μοντελοποίηση Μηχανισμών Εγκεφαλικής Λειτουργίας

Abstract

Στην παρούσα εργασία, πραγματοποιήθηκε πειραματική μελέτη και ανάλυση εικόνων από Απεικόνιση Λειτουργικού Μαγνητικού Συντονισμού ενώ ακόμη διερευνήθηκαν μαθηματικά μοντέλα μηχανισμών εγκεφαλικής λειτουργίας. Συγκεκριμένα, εκπονήθηκε πείραμα Απεικόνισης Λειτουργικού Μαγνητικού Συντονισμού (fMRI) του άνω τμήματος του εγκεφάλου με διέγερση που προκλήθηκε από χτύπημα των δαχτύλων του χεριού με τον αντίχειρα. Στόχο του πειράματος αποτέλεσε η οριοθέτηση ενός πλαισίου γενικών αρχών χειρισμού δεδομένων, οι οποίες μπορούν να εφαρμοστούν με διαφοροποιήσεις ή προσθήκες σε πειράματα Λειτουργικού Μαγνητικού Συντονισμού σε επίπεδο έρευνας ή κλινικής πρακτικής σε ελληνικά διαγνωστικά και θεραπευτικά κέντρα.Στα συλλεχθέντα δεδομένα εφαρμόστηκαν προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας εικόνας. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε χωρική ευθυγράμμιση ώστε να εξαλειφθούν γεωμετρικές παραμορφώσεις λόγω κίνησης του κεφαλιού καθώς και συνέλιξη των εικόνων με κατάλληλο φίλτρο εξομάλυνσης για την ανάσχεση του θορύβου. Ο εντοπισμός των περιοχών διέγερσης του εγκεφάλου βασίστηκε στη χρήση κατάλληλων γραμμικών μοντέλων παλινδρόμησης και στατιστικών ελέγχων. Για κάθε εθελοντή εξεταζόμενο στο πείραμα διαπιστώθηκε συσχετισμός του ελέγχου της κίνησης με το βασικό κινητικό φλοιό καθώς και χιαστή αντιπροσώπευση των άκρων στον εγκέφαλο.Επακολούθως, στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η μοντελοποίηση βιοφυσικών μηχανισμών που συνδέονται με την εγκεφαλική λειτουργία και συνεπώς με τις μεταβολές του καταγραφόμενου σήματος σε μεθόδους λειτουργικής απεικόνισης του εγκεφάλου. Σε παραλληλία με την Απεικόνιση Λειτουργικού Μαγνητικού Συντονισμού διερευνήθηκε το πιθανό βιοφυσικό υπόβαθρο των ανιχνεύσιμων μεταβολών σήματος στην πρότυπη Aπεικονιστική μέθοδο Παθητικής Μικροκυματικής Ραδιομετρίας (MiRaIS). Μια πλευρά της μελέτης αντιμετώπισε το ενδεχόμενο συσχετισμού των εντοπιζόμενων διακυμάνσεων αγωγιμότητας από τη διάταξη Μικροκυματικής Ραδιομετρίας με την κινητικότητα των ιόντων σε νευρωνικό επίπεδο. Μια δεύτερη πλευρά της μελέτης εστίασε στο συσχετισμό των παρατηρούμενων διακυμάνσεων αγωγιμότητας με τις τοπικές αιμοδυναμικές μεταβολές στον εγκέφαλο σε κατάσταση ενεργοποίησης. Για τις ανάγκες του συσχετισμού εφαρμόστηκε μάλιστα το αιμοδυναμικό μοντέλο Balloon, το οποίο συνδέει το σήμα BOLD fMRI με τις εγκεφαλικές μεταβολές αγγειακού όγκου και μεταβολισμού οξυγόνου. Η διερεύνηση της αιμοδυναμικής αυτής θεώρησης επιχείρησε να ορίσει κάποιες κοινές συνιστώσες μεταξύ των αρχών λειτουργίας των δύο μελετούμενων απεικονιστικών μεθόδων (fMRI, MiRaIS).Συνολικά, διαπιστώθηκε πως το μετρούμενο σήμα στη Μικροκυματική Ραδιομετρία επηρεάζεται κυρίως από τη μεταβολή αιμοδυναμικών μεγεθών που ελέγχουν σε εξίσου σημαντικό βαθμό την Απεικόνιση Λειτουργικού Μαγνητικού Συντονισμού. Τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν προσφέρονται για περαιτέρω διερεύνηση και απόπειρες συνδυαστικής μελέτης διαφόρων εκφάνσεων της εγκεφαλικής λειτουργίας.