[functional Magnetic Resonance Imaging; functional MRI]

機能的磁気共鳴影像法。機能的MRI。
PETとともに脳機能イメージングの中心的手法。
脳 の活動とMRIの信号値が相関することが1991年に報告されてから、PETに代わる技術として広く使われ始めた。
類似の血流量を測定する方法にNIRSがある。

【分類】

　◆DTI（diffusion tensor imaging; diffusion MRI）
　　　拡散テンソル画像(voxel size = 2-3mm)
　　　diffusion-weighted imaging (DWI)
　　　神経細胞レベルでの構造機能解析（微細白質構造解析）が可能
　　　・Diffusivity measures
　　　　・fractional anisotropy (FA)
　　　　　　0-1: isotropic(水など)-anisotropic
　　　　　　髄鞘密度・軸索密度など高いとFA高い
　　　　　　　crossing fibersが多いとFA高くなる問題
　　　　・apparent diffusion coefficient (ADC)
　　　　　　白質などで小さい値、水などで大きい値
　　　　・mean diffusivity (MD)
　　　　・axial diffusivity (AD)
　　　　・radial diffusivity (RD)
　◆事象関連fMRI（event-related fMRI）
　　　瞬間的な刺激（事象）でも一定のMRI信号の信号変化
　　　複数刺激へのヘモダイナミクスの重なりも分離可能

【測定法】

　◆血流量の増大
　　　神経活動
　　　局所脳血流量（rCBF）が50%以上増加
　　　　まず酸化ヘモグロビンの数が増加
　　　　酸素消費量の増加は5%程度(Fox et al.,1988)
　　　　約6秒後にMR信号が最大
　◆BOLD効果（Blood oxgenation level dependent）
　　（ヘモダイナミクス hemodynamics）
　　　ヘモグロビンは、酸素との結合状態によって磁性が変化する
　　　・酸素化ヘモグロビン　（反磁性）不活動部位
　　　・脱酸素化ヘモグロビン（常磁性）活動部位
　　　　　周囲の水分子は磁化率の違いを受けて緩和が早まる

【特徴】

　◆利点
　　・非侵襲性
　　・高空間分解能（約1mm）
　　・高時間分解能（数秒以下）
　　・高再現性
　　・高感度（数回程度の加算で十分）ERPやMEGよりはるかに高い
　◆問題点
　　・高い偽陽性(Eklund,Knutsson,2016)
　　　　一般的なソフトであるSPM, FSL, AFNIでも生じる
　◆inflow効果
　　　比較的太い静脈で血流量や流速の増加すると、MR信号増大
　◆解析
　　・parcellating of cortical network
　　　(Wig et al.,2013; Laumann et al.,2015; Wang,Liu,2015)
　　　　個人の脳活動を、平均脳活動(18部位)と比較して正確に領野決定
　　　　 lateralizationで右利き左利き判定可能(Wang,Liu,2015)
　　・voxel decomposition
　　　(Norman-Haignere,McDermott,2015)
　　・dynamic causal models (DCMs)
　　　(Friston,Penny,2003; Stephan et al.,2008)
　　　・generative embedding(Brodersen et al.,2011)
　　・抑制
　　　(Klein-Flügge et al., 2013; Meyer and Olson, 2011)
　　・平均でなく個人データも扱える(Gordon,Nelson,2017)
　◆機構
　　・LFPと強く相関
　　　(Mathiesen,Leuritzen,1998; Logothesis,Oeltermann,2001)
　　　(Viswanathan&Freeman,2007)
　　　　関係は極めて非線形(Devor,Dale,2003)
　　　　抑制性入力によってはLFPから乖離
　　　　(Caesar,Leuritzen,2003)
　　・ヒト聴覚野で単一神経の発火率と相関
　　　　(Mukamel,Malach,2005)
　　・同期したガンマ振動と相関
　　　　(cat視覚野: Niessing,Galuske,2005)
　◆coordinates
　　・Talairach coordinate system
　　・MNI coordinates (Montreal Neurologic Institute)
　　　　(Hupfeld, 2021)
　　　　・SPM12 space (IXI549 space)