Hoe werken MRI- en fMRI-scans bij hersenonderzoek?

MRI en fMRI-scan zijn belangrijke methoden die bij hersenonderzoek worden gebruikt. Ze zijn gebaseerd op het principe van magnetisme. Ze maken scans van de hersenen die op een computer zijn af te lezen. De MRI-scan geeft afbeeldingen weer waar zich hersengebieden bevinden. De f-MRI scan geeft weer welke hersengebieden bij bepaalde opdrachten functioneren.

MRI-scans

De Amerikaanse biofysicus Raymond Damadian ontwikkelde de MRI-scan in 1977. De letters staan voor Magnetische Resonantie Imaging waarmee wordt aangegeven dat het principe gebaseerd is op magnetisme.

Welke soorten scans zijn te onderscheiden?

Twee soorten scans zijn te onderscheiden:

• MRI-scan
• functionele MRI-scan (afgekort tot fMRI)

De MRI-scan geeft de plaats weer waar hersengebieden zich bevinden. Zo kan met deze scan worden gezien waar bijvoorbeeld de hersenbalk (zie afbeelding) of hypofyse zich bevinden.

De fMRI-scan kan iets meer, ze geeft weer hoe een hersengebied werkt (functioneert). Hier kan men laten zien hoe bijvoorbeeld het motorisch gebied in de hersenen werkt. De persoon moet dan wel in de scan een opdracht uitvoeren bijvoorbeeld met de handen of voeten bewegen. Bij een ‘gewone’ MRI-scan is dit niet nodig.

MRI-scans werken door magnetisme

In de scan bevinden zich magnetische spoelen die als ze in werking worden gezet een magnetisch veld doen ontstaan. Zowel de MRI-scan als de fMRI-scan werken met magnetische velden. Beide maken gebruik van hetzelfde apparaat, alleen is de instelling anders.

MRI-scan nader bekeken

Het magnetische veld van het scanapparaat heeft invloed op hersencellen. In deze cellen zitten waterstofatomen, waarvan de kernen, die bestaan uit het mineraal ijzer, zich gedragen als kleine kernmagneetjes.

Kernmagneetjes

De kernmagneetjes (ijzerdeeltjes) van de hersencellen gaan bewegen door het magnetisch veld van het scanapparaat. Ze gaan een bepaalde kant opstaan. Vergelijk het met een kompasnaald. Die staat ook een bepaalde kant op. Duw je de kompasnaald terug dan gaat deze weer terug naar de oorspronkelijke stand (naar het noorden). In het scantoestel worden de kernmagneetjes ook teruggeduwd. Dit gebeurt door radiogolven (te vergelijken met de golven van radiozenders). Daarna gaan ze weer terug in de oorspronkelijke richting. Deze signaaltjes worden doorgegeven aan de computer waarmee de MRI-scanner is verbonden. De computer zet de signaaltjes om in beelden.

Afhankelijk van het soort hersenweefsel worden de signaaltjes op een bepaalde wijze in beeld gebracht. Zo kan er uit de signaaltjes worden 'afgelezen' welk soort hersenweefsel zich waar bevindt. Een MRI-scan laat een statisch, niet bewegend beeld zien van de hersenen. Op deze wijze kunnen er ook afwijkingen in de hersenen zoals tumoren worden vastgesteld.

fMRI-scan nader bekeken

Wil men ook zien hoe verschillende hersendelen functioneren dan wordt de functionele MRI-scan (fMRI-scan) gebruikt. Ook hier wordt gebruik gemaakt van magnetische spoelen. De persoon in het scantoestel krijgt een opdracht waardoor hersenen in werking worden gezet. Bijvoorbeeld er moet een rekensom worden uitgerekend.

Zuurstof en ijzerdeeltjes

Bij een opdracht wordt er bloed gepompt naar de hersenen. Het bloed zorgt voor transport van o.a. zuurstof, de energie. Behalve zuurstof zit er in bloed ook ijzerdeeltjes. Als ze samen zijn dan worden de ijzerdeeltjes niet aangetrokken door de magneet. Er gebeurt dus niets. Dat gebeurt wel als de zuurstofdeeltjes eruit zijn. De zuurstofdeeltjes verdwijnen als er energie wordt gebruikt. Als een opdracht wordt uitgevoerd, bijvoorbeeld bij het uitrekenen van rekensommen. Er wordt dan veel bloed met zuurstof (energie) gepompt naar het hersengebied dat nodig is voor het uitrekenen van de rekensom. De zuurstof wordt verbruikt waardoor de ijzerdeeltjes achterblijven. Het magnetisch veld van de scan kan nu deze ijzerdeeltjes richten en terugduwen (net zoals bij de ‘gewone’ MRI-scan). Op de computer is nu een oplichtende afbeelding zichtbaar van het actieve hersengebied.

Door dit een paar keer achter elkaar te doen wordt duidelijk dat een bepaald hersengebied bij een bepaalde opdracht actief is. Een fMRI-scan bestaat dan ook uit meerdere afbeeldingen. Hierdoor kan men zien of een bepaald hersengebied bij inspanning actiever wordt, Verdwijnt de inspanning dan zal het gebied niet meer oplichten.

Magneetsterkte

De sterkte van de magneet wordt uitgedrukt in de eenheid Tesla, de naam is ontleend aan de uitvinder van deze eenheid, de Servisch-Amerikaanse uitvinder Tesla. Er zijn scanners die variëren van Tesla 0,5 tot Tesla 7. Hoe sterker de eenheid hoe duidelijker de scan.

Andere methoden bij hersenonderzoek

Andere methoden die worden gebruikt bij hersenonderzoek zijn onder andere: EEG (electro encefalogram), MEG (magneto encefalografie, PET (positron emissie tomografie), CT (computer tomografie), Wada (uitschakelen hersenhelften)