Funkčná magnetická rezonancia súvisiaca s udalosťami (efMRI) je technika zobrazovania magnetickou rezonanciou, ktorá sa môže použiť na zisťovanie zmien hemodynamickej odozvy BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) na nervovú aktivitu v reakcii na určité udalosti. V rámci metodiky fMRI sa zvyčajne používajú dva rôzne spôsoby prezentácie podnetov. Jedným z nich je blokový dizajn, v ktorom sa striedajú dva alebo viac rôznych stavov s cieľom určiť rozdiely medzi týmito dvoma stavmi, alebo sa do prezentácie medzi týmito dvoma stavmi môže zahrnúť kontrola. Na druhej strane, návrhy súvisiace s udalosťami sa neprezentujú v stanovenom poradí, prezentácia je náhodná a čas medzi podnetmi sa môže meniť. efMRI sa pokúša modelovať zmenu signálu fMRI v reakcii na nervové udalosti spojené so skúškami správania. Podľa D’Esposita “ fMRI súvisiaca s udalosťami má potenciál riešiť množstvo otázok kognitívnej psychológie s takou inferenčnou a štatistickou silou, aká doteraz nebola k dispozícii. Každý pokus môže pozostávať z jednej experimentálne riadenej (napríklad prezentácia slova alebo obrázku) alebo účastníkom sprostredkovanej „udalosti“ (napríklad motorická reakcia). V rámci každého pokusu existuje niekoľko udalostí v rámci každého pokusu, ako je prezentácia podnetu, doba oneskorenia a odpoveď. Ak je experiment správne nastavený a jednotlivé udalosti sú správne načasované, efMRI umožňuje človeku pozorovať rozdiely v nervovej aktivite spojenej s každou udalosťou.
Pozitrónová emisná tomografia (PET) bola pred rozvojom fMRI najčastejšie používanou technikou mapovania mozgu. V porovnaní s PET má viacero výhod. Podľa D’Esposita medzi ne patrí, že fMRI „nevyžaduje injekciu rádioizotopu účastníkom a je inak neinvazívna, má lepšie priestorové rozlíšenie a lepšie časové rozlíšenie. V prvých štúdiách MRI sa použili „exogénne paramagnetické značkovače na mapovanie zmien objemu mozgovej krvi“, čo umožnilo posúdiť mozgovú aktivitu v priebehu niekoľkých minút. To sa zmenilo s dvomi pokrokmi v MRI, rýchlosť techník MRI sa do konca 80. rokov 20. storočia zvýšila na 1,5 Telsa, čo poskytlo dvojrozmerný obraz. Ďalej boli Detreom, Koretskym a kolegami objavené endogénne kontrastné mechanizmy založené na čistej pozdĺžnej magnetizácii v rámci orgánu a „druhý založený na zmenách magnetickej susceptibility vyvolaných zmenou čistého obsahu deoxyhemoglobínu v tkanive“, ktorý Seige Ogawa označil ako BOLD kontrast. Tieto objavy poslúžili ako inšpirácia pre budúce pokroky v mapovaní mozgu. To umožnilo výskumníkom vyvinúť zložitejšie typy experimentov, ktoré presahujú pozorovanie účinkov jednotlivých typov pokusov. Keď bola vyvinutá fMRI, jedným z jej hlavných obmedzení bola nemožnosť náhodného výberu pokusov, ale fMRI súvisiaca s udalosťami tento problém odstránila. Problémom bola aj kognitívna subtrakcia, ktorá sa snažila korelovať kognitívno-behaviorálne rozdiely medzi úlohami s mozgovou aktivitou tak, že spájala dve úlohy, o ktorých sa predpokladalo, že sú dokonale zladené pre každý senzorický, motorický a kognitívny proces okrem toho, ktorý je predmetom záujmu. Ďalej snaha o zlepšenie časového rozlíšenia štúdií fMRI viedla k rozvoju dizajnov súvisiacich s udalosťami, ktoré sa podľa Petersona zdedili z výskumu ERP v elektrofyziológii, ale zistilo sa, že toto priemerovanie sa na hemodynamickú odozvu veľmi dobre neuplatňuje, pretože odozvy z pokusov sa môžu prekrývať. V dôsledku toho sa použilo náhodné rozkolísanie udalostí, čo znamenalo, že časové opakovanie sa pri pokusoch menilo a náhodne sa rozdeľovalo, aby sa zabezpečilo, že aktivačné signály sa nebudú prekrývať.
Aby mohli neuróny fungovať, potrebujú energiu, ktorú im dodáva prietok krvi. Aj keď to nie je úplne jasné, hemodynamická reakcia súvisí s aktivitou neurónov, pričom so zvyšujúcou sa úrovňou aktivity, t. j. so zvyšujúcim sa množstvom krvi, ktoré neuróny spotrebujú, sa hemodynamická reakcia stáva silnejšou. Táto reakcia sa úplne rozvinie až po niekoľkých sekundách. S hemodynamickou odpoveďou je časový problém, pretože pri jej meraní nejde o priame meranie aktivity neurónov, preto časové rozlíšenie fMRI nie je najlepšie. Hemodynamická odozva je základom kontrastu BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) vo fMRI. Hemodynamická odozva sa objaví v priebehu niekoľkých sekúnd od prezentovaných podnetov, ale je nevyhnutné oddeliť udalosti, aby sa zabezpečilo, že meraná odozva je z prezentovanej udalosti a nie z predchádzajúcej udalosti.
Keď zvýšite rýchlosť, s akou prezentujete podnety, umožníte, aby sa na konci experimentu spriemeroval väčší počet udalostí, čo umožní vyššiu štatistickú silu. Jediným obmedzením je tu hemodynamická odozva, pretože potrebuje čas na návrat k východiskovej hodnote, kým predložíte ďalší podnet. Podľa Burocka „so zvyšujúcou sa rýchlosťou prezentácie v dizajne súvisiacom s náhodnými udalosťami sa zvyšuje rozptyl signálu, čím sa zvyšuje prechodná informácia a schopnosť odhadnúť základnú hemodynamickú odpoveď“.
Pri typickej efMRI sa po každom pokuse nechá HRF (Hemodynamic Response Function, jednoducho matematicky modelovaná hemodynamická odpoveď) vrátiť na východiskovú hodnotu po každom pokuse. V prípade rýchlej fMRI súvisiacej s udalosťami to tak nie je, pokusy sú randomizované a HFR sa po nich dekonvolvuje, je to bežná technika používaná v zobrazovacích údajoch. Používa sa na zvrátenie účinku konvolúcie na údaje. Aby ste mohli použiť tento typ dizajnu, musíte zabezpečiť, aby sa použili všetky možné kombinácie sekvencií pokusov a aby sa intervaly medzi pokusmi rozkolísali tak, aby čas medzi pokusmi nebol vždy rovnaký.
Chee tvrdí, že návrhy súvisiace s udalosťami poskytujú v jazykových úlohách viacero výhod vrátane schopnosti oddeliť správne a nesprávne odpovede a ukázať zmeny v časových profiloch odpovedí v závislosti od úlohy.
Pri údajoch fMRI sa predpokladá, že medzi nervovou stimuláciou a odozvou BOLD existuje lineárny vzťah. Použitie GLM umožňuje vytvoriť strednú hodnotu, ktorá predstavuje priemernú hemodynamickú odozvu v rámci účastníkov.
Štatistické parametrické mapovanie sa používa na vytvorenie návrhovej matice, ktorá zahŕňa všetky rôzne tvary odpovedí vytvorené počas udalosti. Ďalšie informácie o tomto referenčnom modeli poskytuje Friston.
Buckner, M., Burock, M., Dale, A., Rosen, B., Woldorff, M. Randomized event-related experimental designs allow for extremely rapid presentation rates using functional MRI. (1998) NeuroReport. 19. 3735-3739.
Buckner, R. FMRI súvisiaca s udalosťami a hemodynamická odozva. (1998). Mapovanie ľudského mozgu. 6. 373-377.
Buckner, R., Dale, A., Rosen, B. Funkčná MRI súvisiaca s udalosťami: minulosť, súčasnosť a budúcnosť. (1998). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95. 773-780.
Chee, M. Siong, S., Venkatraman, V., Westphal, C. Porovnanie blokových a udalostných dizajnov fMRI pri hodnotení efektu frekvencie slov. (2003). Mapovanie ľudského mozgu. 18. 186-193.
Dale, A., Friston, K., Henson, R., Josephs, O., Zarahn, E. Stochastic Designs in Event-Related fMRI. (1999). NeuroImage. 10. 607-6-19.
D’Esposito, M., Zarahn, E., & Aguirre, G. K. (1999). Funkčná MRI súvisiaca s udalosťami: dôsledky pre kognitívnu psychológiu. Psychological Bulletin, 125(1). 155-164.
Dubis, J. Petersen, S. Mized block/event-related design. (2011). NeuroImage. doi 10.1016/j.neuroimage.2011.09.084.
Friston, K., Josephs, O., Turner, R. Event-Related fMRI. (1997). Mapovanie ľudského mozgu. 5. 243-248.
Henson, R. FMRI súvisiaca s udalosťami: R.: Úvod, štatistické modelovanie, optimalizácia dizajnu a príklady. University College London. Príspevok, ktorý bude prezentovaný na 5. kongrese Japonskej spoločnosti kognitívnej neurovedy.