Beynin Filmini Çekmek: Nörogörüntüleme Teknikleri

1960’lara kadar nörologlar ve sinirbilimciler insan beynini gözlemlemek ve keşfetmek için sınırlı birkaç teknik kullanabilmekteydi. Bu teknikler; diseksiyon (organ ve dokuların kesilip incelenmesi), insan beyninin öldükten sonra (post mortem) incelenmesi, EEG kayıtları, elektrik uyarımıyla yapılan çalışmalar ve hayvan çalışmalarıydı. Nükleer fizik ve biyomedikal alanlarında yapılan keşifler sayesinde geliştirilen birçok yeni görüntüleme yöntemi, araştırmacı ve doktorların beyin cerrahisi yapmadan beynin yapısal ve işlevsel özelliklerini araştırmasını sağladı. CT, MRI, PET, fMRI, TMS gibi beyin görüntüleme teknikleri sayesinde nöral aktiviteler pratik ve eş zamanlı bir şekilde ölçülebiliyor. Tümör, nöroanatomik bozukluklar, şizofreni ve diğer duygu durum bozukluklarının tanı ve tedavi aşamalarında görüntüleme teknikleri kullanılıyor.

Konnektom yapısı

Beynin dikkat, bellek, dil ve motivasyon gibi işlevlerinin karmaşık yapısal özelliklerini açıklamada ve otizm, Parkinson, Alzhemier gibi hastalıkların araştırılmasında görüntüleme tekniklerinden faydalanılıyor. Son yıllarda traktografi ve konnektomi (connectomics) gibi yeni yöntemler sayesinde sinir liflerinin bağlantısallığı 3D modellenebiliyor, optogenetik araştırmalarında ışık ve genetik kullanılarak dokusal ve hücresel düzeyde çalışmalar yapılabiliyor.

Günümüzde de farklı kombinasyonlarla yenileri geliştirilen nörogörüntüleme tekniklerini kabaca yapısal teknikler ve işlevsel teknikler şeklinde iki başlık altında inceleyebiliriz.

Yapısal Nörogörüntüleme Teknikleri

Daha çok hastalık teşhisinde ve beynin yapısal özelliklerinin belirlenmesinde kullanılır. Bilgisayarlı tomografi (CT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI) yapısal tekniklerdir.

1) Bilgisayarlı Tomografi (Computed Tomography-CT)

CT, X ışınları yardımıyla vücuttan görüntü kesitleri alınmasını ve bunların görüntü  bilgisayarlarına işlenmesini sağlayan tanı ve teşhis yöntemidir. Günümüzde CT en yaygın kullanılan görüntüleme yöntemlerinden biridir. Kanserli dokuların var olup olmadığını tespit etmek için vücut taramalarında rutin bir şekilde kullanılır. Radyasyon kullanılan bir yöntem olduğu için çocuk, hamile ve diğer riskli gruplarda kullanımında daha tedbirli davranılır.

2) Manyetik Rezonans Görüntüleme (Magnetic Resonance Imaging-MRI)

MRI yönteminde yüksek manyetik alanlar oluşturularak dokulardaki protonlar uyarılır. Alıcılara ulaşan sinyaller bilgisayar analiziyle görüntüye dönüştürülür. MRI, beyin dokusunun çok ince görüntülerini oluşturmada, yumuşak dokuları görüntülemede, merkezi sinir sistemi hastalıklarının teşhisinde, sporcu yaralanmalarında, kas ve iskelet sistemi hastalıklarında ve birçok nörolojik hastalığın değerlendirmesinde sıkça kullanılmaktadır. Radyasyon kullanılan bir yöntem olmadığından henüz bilinen bir zararı yoktur.

Gelişmiş bir MRI tekniği olan Difüzyon Tensör Görüntüleme (DTI) ile beyin bölgelerini bağlayan liflerin beyaz madde alanlarının ayrıntılı olarak görüntülenmesi sağlanmış ve daha hassas ve mikro yapısal özellikler tespit edilebilmiştir.

İşlevsel Nörogörüntüleme Teknikleri

İşlevsel görüntüleme teknikleri bize düşünürken, bir şeyler öğrenirken, rüya görürken, karar verirken ve diğer bilişsel süreçlerde beynimizde neler olduğunu inceleme imkânı sunmaktadır Ayrıca psikiyatrik ve nörolojik hastalıkların tanısı ve nedenlerinin anlaşılması için kullanılırlar. Günümüzde sık kullanılan işlevsel görüntüleme teknikleri olarak Elektroensefalografi, Pozitron Emisyon Tomografisi, Tek Foton Emsiyon Bilgisayarlı Tomografi, İşlevsel Manyetik Rezonans Görüntüleme, Magnetonsefalografi, Transkranial Magnetik Stimulasyon örnek verilebilir.

1) Elektroensefalografi (Electroencephalography-EEG)

EEG, 1920’li yıllarda geliştirilen en eski beyin değerlendirme tekniğidir. Bu teknik, kafanın üzerine yerleştirilen elektrotlar yardımıyla beyindeki elektrik potansiyel değişikliklerinin kaydedilmesi ve uzman tarafından yorumlanmasıyla gerçekleştirilir.

Günümüzde, beyin lezyonlarının, tümörlerinin, epileptik aktivitenin, psikozların , beyin ölümünün ve beynin elektriksel aktivitesini bozan her türlü hastalığın tanısında kullanılabilir. EEG, epilepsi hastalığının teşhisinde ve tiplerinin belirlenmesinde tedaviye karar verilecek olan inceleme yöntemi olarak kullanılır. Uykunun farklı evrelerindeki beyin dalgalarını ölçmede EEG’ye başvurulur. Kişiye dışardan elektriksel uyarım yapılmadığı için herhangi bir acı hissedilmez.

EEG, zamansal çözünürlüğü oldukça yüksek bir görüntüleme tekniği olmasına rağmen mekansal çözünürlüğü düşüktür.

2) Pozitron Emisyon Tomografisi (Pozitron Emission Tomography-PET)

PET, pozitron yayan radyoaktif maddelerin (genelde radyoaktif fosfor ile işaretlenmiş glikoz) vücuda enjekte edildikten sonra uğradıkları dağılımın görüntülendiği ve bu sayede dokuların ve organların metabolizma, kan akımı gibi fizyolojik özelliklerinin değerlendirildiği yöntemdir.

Yaygın olarak; Alzheimer hastalığının tanısında, duygudurum bozukluklarında ve diğer demans (düşünce bozukluğu, bunama, unutma) tiplerinin tanısında, ayrıca dirençli epilepsi (sara) hastalarının durumlarının değerlendirilmesinde kullanılır.

Günümüzde anatomik görüntüler ile PET görüntülerini birlikte oluşturabilen PET/CT ve PET/MRI gibi sistemler geliştirilmiştir.

3) Tek Foton Emsiyon Bilgisayarlı Tomografi (Single-Photon Emisson Computed Tomography-SPECT)

SPECT, bölgesel beyin perfüzyonunu (beyin kan akımının bölgesel olarak nasıl dağıldığını) gösteren bir tekniktir. Enjekte edilmiş radyoaktif bileşiğin yaydığı fotonların  hasta etrafında dairesel dönen SPECT kameraları tarafından yakalanıp kaydedilmesi sonucu 3D görüntüler oluşturulur. SPECT görüntüleri araştırmacıya hem işlevsel hem de anatomik bilgi sağlar.

4) İşlevsel Manyetik Rezonans Görüntüleme (Functional Magnetic Resonance Imaging-fMRI)

fMRI, beynin fonksiyonunun anlık ve milimetrik farklarla görüntülenmesini sağlayan bir diğer manyetik rezonans tekniğidir. Bu teknik, kandaki oksijen bağlı hemoglobin ile oksijenini yitirmiş hemoglobinin (deoksihemoglobin) manyetik özelliklerindeki farklılığa dayanmaktadır. fMRI sinyaline Kan Oksijenasyon Düzeyine Bağımlı Sinyal (Blood Oxygenation Level Dependent Signal– BOLD) adı verilmiştir.

fMRI zaman içinde kan oksijenlenmesinin değişimini ölçtüğü için araştırmacılara beyindeki fonksiyonlar hakkında bilgi verir ve etkinliğin bulunduğu yerin milimetrik olarak belirlenmesine imkân sağlar. Bundan dolayı fMRI mekansal çözünürlüğü yüksek bir görüntüleme tekniği olarak kabul edilir. Görsel imgelem, anı, dikkat, hafıza ve öğrenme araştırmalarında sinirbilimciler tarafından sıklıkla kullanılır.

5) Magnetoensefalografi (Magnetoencephalography-MEG)

MEG, beyin faaliyetini üreten manyetik alanları tespit eden bir tekniktir. Kafanın dışından beyinde gerçekleşen etkileri ölçmede kullanılır. MEG sayesinde  beynin işlevsel görüntüsü ya da faaliyet haritası elde edilir. Sinirbilim araştırmalarında ve psikiyatride kullanılan bir yöntemdir.

6) Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (Transcranial Magnetic Stimulation-TMS)

TMS, algısal ve bilişsel süreçlerde beynin elektriksel faaliyetlerindeki değişiklikleri daha iyi saptamak için EEG ve MEG ile birlikte kullanılan bir yöntemdir. Kafaya yerleştirilen bir çubuk yardımıyla manyetik yük kısa zamanda beyinde belli bir alana yönlendirilmekte ve bu yük MEG ve EEG çıktıları olarak görülebilmektedir.

7) Manyetik Rezonans Spektroskopi (Magnetic Resonance Spectroscopy-MRS)

Bazı sınıflandırmalarda metabolik görüntüleme yöntemi olarak da geçen MRS, beyin dokularındaki çeşitli metabolitlerin konsantrasyonunu ölçebilen ve bazı hastalıklarda hücresel düzeyde gerçekleşen metabolit değişiklikleri gösterebilen bir görüntüleme tekniğidir. Alzheimer ve X-ALD (X-linked adrenoleukodystrophy) gibi nörolojik hastalıklarda klinisyenlere önemli bilgiler sağlar.

8) Yakın Kızılötesi Spektroskopi (Near Infra Red Spectroscopy-NIRS)

NIRS, beyindeki kan oksijenlenmesini (satürasyon) ölçmek için kullanılan optik bir tekniktir. Spektrumun yakın kızılötesi kısmındaki ışığı (700–900nm) kafatasından yansıtır ve dönen ışığın ne kadar azaldığını tespit ederek çalışır. Gönderilen ve yansıyan ışığın değişimi kandaki oksijene bağlıdır, bu yolla NIRS dolaylı bir beyin aktivitesi ölçümü sağlar.

 

Hazırlayan: M. Yasin Yıldırım

Kaynakça:

  1. Keleş, Esra & KOL, Elvan. (2015). An Overview of the Brain Imaging Techniques from the Education Perspective. Elementary Education Online. 14. 349-363. DOI: 10.17051/io.2015.98035.
  2. Bunge, Silvia & Kahn, Itamar. (2009). Cognition: An Overview of Neuroimaging Techniques. DOI: 10.1016/B978-008045046-9.00298-9.
  3. http://nukleertipseminerleri.org
  4. http://www.magnet.fsu.edu
  5. http://noroblog.net/2018/05/09/optogenetik-beyni-isikla-kontrol-etmek/
  6. https://www.jove.com/blog/scientist-blog/success-in-your-research/recent-advances-in-neuroimaging-techniques/
  7. https://medium.com/@turkishaiteam

You may also like...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir