چکیده
تناسب پاسخ وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD)، در طول یک وظیفه‌ی شناختی و از یک چالش هایپرکپنیک (افزایش اکسید کربن در خون)، در ساختارهای قشری درگیر در حافظه‌ی کاری (WM) بررسی شده است. نگه داشتن نفس (BH) بعد از تنفس برای القای یک پاسخ BOLD که مشخصه‌ی فعالیت اعصاب محرک رگ‌های منطقه‌ای اما اجتناب از تغییرات متابولیکی است، استفاده می‌شود. اثرات BOLD که در طول BH اندازه گیری می‌شود برای نرمال کردن فعال سازی افراد در طول WM استفاده می‌شود، که به صورت موثری تأثیر گیج کننده‌ی اختلافات مختص فرد و منطقه در پاسخ گویی همودینامیک رایج در هر دو کار را کاهش می‌دهد. در مطالعه‌ای از هفت فرد، کالیبراسیون BH، تغییر پذیری بین فردی در دامنه‌ی اثر WM را به اندازه‌ی ۸/۲۴٪ کاهش می‌دهد (P < 0/03). کاهش تغییر پذیری بین فردی منجر به افزایش ۷.۲۳٪ در اهمیت اندازه‌ی وکسل فعال سازی گروه WM در P < 0.001 ، با افزایش بیشتر در استانه های دقیق‌تر می‌شود. به دلیل اینکه کار BH نیاز به استنشاق CO2 یا دیگر دستکاری های تهاجمی ندارد و به میزان زیادی در سراسر نواحی قشری قابل انجام است، روش پیشنهادی برای اجرا ساده است و نه تنها ممکن است برای استفاده در انالیزهای کمی گروه fMRI مفید باشد، بلکه همچنین برای مطالعات چند مرکزی و طولی نیز مفید است.
مقدمه
تصویر برداری رزونانس مغناطیسی عملکردی (fMRI) ابزاری قدرتمند برای بررسی عملکرد عصبی در سلامت و بیماری است. مطالعات متعددی به دنبال بیرون کشیدن استنتاج کمی در مورد عملکردهای شناختی مختلف از سنجش دامنه، اندازه‌ی فضایی، و مشخصات موقتی پاسخ وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD) هستند. با این حال، کنتراست BOLD یک سنجش مستقیم از متابولیسم عصبی نیست، بلکه بیشتر از تغییرات در جریان خون منطقه‌ای و تغییرات مربوط به اکسیژن رسانی حاصل می‌شود. به خصوص، افزایش‌های کانونی در فعالیت عصبی همراه با افزایش نرخ متابولیک مغزی اکسیژن (CMRO2) است، زیرا اکسیژن تبدیل گلوکز به ادنوزین تری فسفات (ATP)، منبع انرژی اصلی مغز، را تسهیل می‌کند. این کار به نوبه‌ی خود باعث یک افزایش خالص در جریان خون مغزی محلی (CBF) و حجم خون (CBV) می‌شود. اگرچه برخی جزئیات فرایند هنوز کاملاً درک نشده است، CBF با اتساع اسنفکترهای سرخرگی در پاسخ به ترکیبی از پیامبرهای شیمیایی از قبیل افزایش [CO2]، [H+] و [NO] و کاهش [O2]، افزایش پیدا می‌کند. بنابراین، افزایش شلیک عصبی باعث ابشاری می‌شود که در یک واکنش اعصاب محرک رگ‌ها که در آن جریان خون تنظیم می‌شود، به اوج می‌رسد، برای مثال، افزایش متابولیکی باعث یک پاسخ محلی همودینامیک اغاز کننده‌ی فعال سازی کار می‌شود که نه تنها مشخصه‌ی فعالیت عصبی بلکه واکنش پذیری عضله‌ای نیز هست. به این دلیل، ان باید برای حذف تغییرات در واکنش پذیری عروقی محتاط باشد که به منظور دستیابی به یک سنجش دقیق‌تر از فعالیت عصبی اساسی، سیگنال BOLD را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
هایپرکپنیای کلی یکی از ابزارهای کاوش اختلافات مشخصه در الگوهای پاسخ همودینامیک است و برای نرمال کردن پاسخ BOLD بین افراد مختلف، نواحی مغزی مختلف، و ویژگی‌های مختلف محیط اسکن (پارامترهای اکتساب، قدرت محیط) پیشنهاد می‌شود. مطالعه‌ی حاضر از اندازه گیری اثر BOLD در پاسخ به یک چالش شناختی حداقل، هایپرکپنیا، برای مثال یک کار نگه داشتن نفس (BH)، برای اعمال تصحیح به یک وظیفه‌ی شناختی حافظه‌ی کاری (WM)، استفاده می‌کند. انتظار می‌رود که BH برای نرمال کردن دامنه‌ی سیگنال BOLD مفید باشد، زیرا همان طور که در بخش بعدی نشان داده شده است، پاسخ BOLD ناشی از BH متناسب با پاسخ عصبی اندازه گیری شده توسط BOLD است. تصحیح در افراد دریم پایه‌ی وکسل- به- وکسل به منظور کاهش واریانس در افراد انجام می‌شود، در حالی که اختصاصیت منطقه‌ای واکنش پذیری اعصاب محرک رگ‌ها را حفظ می‌کند.
این مقاله در نشریه وایلی منتشر شده و ترجمه آن با عنوان کالیبراسیون BOLD fMRI در سایت ای ترجمه به صورت رایگان قابل دانلود می باشد. جهت دانلود رایگان مقاله فارسی و انگلیسی روی عنوان فارسی (آبی رنگ) کلیک نمایید.
منبع:
Calibration of BOLD fMRI Using Breath Holding Reduces Group Variance During a Cognitive Task
