Funktionaalinen / Toiminnallinen magneettikuvaus (functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI) on lääketieteellinen kuvantamismenetelmä, jolla tutkitaan aivojen toimintaa.
Toiminnallisessa magneettikuvauksessa tutkitaan aivojen eri osissa olevan veren happipitoisuuksien muutoksia. Yleisimmin kuvattaessa potilaalle annetaan tehtäviä, tai luettavaa jonka avulla nähdään mitkä osat aivoista aktivoituvat, eli niiden osien veren happipitoisuus muuttuu. Muutosten paikallistamiseksi luodaan magneettikenttiä magneettikuvauslaitteella.
Paikallinen veren virtauksen muutos ja solujen hapenkulutus aiheuttaa muutoksen veressä olevan happipitoisen ja hapettoman hemoglobiinin määrään kyseisellä aivoalueella. Hapeton hemoglobiini, jonka määrä veressä lisääntyy aivoalueen aktivoituessa, on magneettisilta ominaisuuksiltaan erilaista kuin happipitoinen hemoglobiini ja sen määrän lisääntyessä fMRI-signaali pienenee.
Magneettikentät ovat erilaiset kussakin aivojen tutkittavassa pisteessä. Mittausta varten aivot jaetaan eri mittauspisteisiin ja mittauspisteiden ympäristössä olevaa tilavuutta kutsutaan vokseliksi. Vokseleissa magneettikentän oletetaan olevan vakio. Vokseli on tyypillisesti kooltaan 3x3x3mm. Magneettikuvaslaite saa suuren magneettikentän avulla kussakin vokselissa vetyatomien ytimet pyörimään ei nopeudella ja eri vaiheessa. Pyörimisliikettä häiritään radiosignaaleilla, jotta jokainen vokseli saadaan pyörimään samassa vaiheessa, osa ytimistä siirtyy korkeammalle energiatilalle. Pyörimisliike palautuu nopeasti ennalleen. Palautumisen nopeus riippuu kudoksen ominausuuksista sekä hapettoman hemoglobiinin määrästä. Palautumisesta syntyy hitaasti heikkenevä radiosignaali, jota kutsutaan fMRI-signaaliksi. Koska vokselit ovat kaikki eri vaiheessa ja signaalit eri taajuudella, voidaan jälkeenpäin päätellä mistä vokselista mikäkin signaali oli peräisin.
Tyypillisesti potilaalle annetaan samanlaisia ärsykkeitä 10-20 sekunnin ajan ja jaksoja toistetaan 10-20 kertaa eri ärsyketyypin kanssa. fMRI signaalia verrataan eri ärsykkeiden välillä. Ärsykkeiden vertailuja voi olla esimerkiksi lukeminen vs konsonanttien katselu, puheäänen kuuntelu vs lepo jne. Näitä vertailemalla selvitetään mitkä aivoalueet aktivoituvat enemmän kussakin tehtävässä.
Kuvassa kymmennen kuvaa aivojen toiminnasta potilaan lukiessa sanoja (kuvan lähde: http://www.med.nyu.edu/thesenlab/wp-content/uploads/2014/04/fmri1.jpg)
Lähteet:
http://fi.wikipedia.org/wiki/Toiminnallinen_magneettikuvaus
http://epublications.uef.fi/pub/urn_nbn_fi_uef-20090001/urn_nbn_fi_uef-20090001.pdf
http://www2.it.lut.fi/kurssit/05-06/Ti5310000/esitykset/tuulia_salo_Luonontieteet_%20MRI.pdf