BOLD-визуализация

BOLD-визуализация (blood oxygenation level dependent — визуализация, зависящая от уровня оксигенации крови) — это стандартный метод получения изображений при исследованиях методом функциональной МРТ (фМРТ), который опирается на региональные различия в церебральном кровотоке для картирования локальной активности. 

Мозговой кровоток строго регулируется локально в ответ на напряжение кислорода и углекислого газа в ткани коры головного мозга. Когда определенная область коры повышает свою активность в ответ на выполнение задачи, экстракция кислорода из местных капилляров приводит к начальному падению уровня оксигенированного гемоглобина (oxyHb) и повышению локального уровня углекислого газа (CO₂) и дезоксигенированного гемоглобина (deoxyHb). После задержки в 2–6 секунд церебральный кровоток (CBF) возрастает, не только компенсируя эту повышенную метаболическую потребность, но и доставляя избыток оксигенированного гемоглобина. Это приводит к парадоксальному снижению локального уровня дезоксигемоглобина.

Функциональная МРТ способна выявлять эти изменения, поскольку оксигемоглобин и дезоксигемоглобин обладают принципиально разными магнитными свойствами. Дезоксигемоглобин является парамагнитным, тогда как оксигемоглобин — диамагнитным. Следовательно, первый вызывает локальную дефазировку протонов и снижает сигнал, регистрируемый от непосредственно прилегающих тканей. Этот эффект уменьшается в зонах активности за счет снижения локального уровня дезоксигемоглобина.

Для выявления этих изменений, составляющих порядка 1–5%, используются выраженно T2*-взвешенные последовательности. Сканирование проводится повторно в состоянии активности и покоя, а для выявления значимых различий между одними и теми же областями головного мозга выполняется статистический анализ.

Существует ряд ограничений BOLD-визуализации (и всех других методик, оценивающих функцию по CBF):

• мозговой кровоток (CBF) является лишь косвенным маркером активности и не обеспечивает прямую визуализацию активной коры

• минимальный участок головного мозга, способный к индивидуальной регуляции кровотока, имеет диаметр порядка миллиметров

• CBF увеличивается в ответ на повышение активности с задержкой в 2-6 секунд

Кроме того, существует ряд ограничений, связанных с самими последовательностями:

• последовательности T2* чувствительны к неоднородности магнитного поля на границе кость-воздух, из-за гемосидерина/продуктов распада крови, быстрого тока крови в крупных венах, металла

• поскольку регистрируемые изменения малы (1-5%), даже незначительные артефакты движения могут приводить к неудовлетворительному качеству изображений

История и этимология

Теоретическое обоснование методики BOLD МРТ восходит (концептуально) к 1936 году, когда Linus Pauling опубликовал научную статью о магнитных свойствах гемоглобина в зависимости от степени его оксигенации.