เมื่อเซลล์สมองได้รับการสั่งการให้ทำงาน วิธีการหนึ่งที่จะสั่งการ คือ ส่งสัญญาณไปยังเป้าหมาย ซึ่งใช้ออกซิเจนที่อยู่ในเลือด เมื่อเซลล์ประสาทได้รับออกซิเจนมาก จะมีการทำงานมากขึ้น ทำให้เครื่องสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของออกซิเจนในเลือด แล้วส่งข้อมูลให้ระบบคอมพิวเตอร์สร้างออกมาเป็นภาพ
สวัสดีครับ
วันนี้ขอนำเสนอภาพที่ผมบันทึกไว้ระหว่างที่เข้าร่วมตรวจวินิจฉัยการทำหน้าที่ของสมอง หรือที่เรียกว่า Funtional Magnetic Resonance Image : fMRI ณ ภาควิชารังสีวิทยา คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น
เครื่อง MRI เป็นเครื่องสร้างภาพที่อาศัยสนามแม่เหล็กแรงสูงทำงานสัมพันธ์กับการปล่อยคลื่นวิทยุความถี่ที่เหมาะสมกับสนามแม่เหล็กนั้น เพื่อใช้ในกระตุ้นและสร้างภาพของอวัยวะในร่างกาย โดยเฉพาะอวัยวะที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบ ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก
เครื่อง MRI เครื่องนี้ได้มีพัฒนาโปรแกรมพิเศษขึ้นมา เพื่อศึกษาหน้าที่การทำงานของสมอง คือ fMRI ที่นอกจากใช้คุณสมบัติความเป็นแม่เหล็กของอนุภาคในนิวเคลียสแล้ว ยังใช้คุณสมบัติทางแม่เหล็กอีกสองอย่าง คือ อำนาจไดอะแมกเนติก (diamagnetism) และ สภาวะแม่เหล็กพารา (paramagnetism) อีกด้วย
สำหรับ เลือดที่มีออกซิเจนอยู่เข้มข้น (oxyhemoglobin) จะแสดงคุณสมบัติ diamagnetism ซึ่งเป็นคุณสมบัติต่อต้านการเรียงตัวตามสนามแม่เหล็กเหมือนกับเนื้อเยื่อในร่างกายมนุษย์ทั่วๆไปมี
สำหรับ เลือดที่มีออกซิเจนต่ำ (deoxyhemoglobin) จะมีอิเล็กตรอนโดดเดี่ยวอยู่มาก และจะแสดงคุณสมบัติ paramagnetism ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่พร้อมจะเรียงตัวตามสนามแม่เหล็ก
ในการทำงานของสมอง การที่ระบบประสาทถูกกระตุ้น ไม่ว่าจะเนื่องมาจากการทำกิจกรรมต่างๆ เช่น กำมือ แบมือ การคิด การอ่านหนังสือ ฟังเพลง เลือดภายในหลอดเลือดของสมองจะเกิดการไหลเวียน โดยจะเป็นการไหลเวียนเข้ามาแทนของเลือดที่มีปริมาณออกซิเจนที่ต่างกัน นั่นหมายถึง การไหลเวียนของของเหลวที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กต่างกัน
การเปลี่ยนแปลงแบบนี้ ก่อให้เกิดทฤษฎีเกี่ยวกับ ความสัมพันธ์ของการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณแม่เหล็กที่เกิดขึ้นกับกระบวนการทางระบบประสาทในสมอง นี่คือพื้นฐานหนึ่งการตรวจ fMRI ที่ใช้สำหรับการศึกษาการทำหน้าที่ของระบบประสาท
วิธีการตรวจ คือ การให้ผู้ป่วยเข้าไปนอนในเครื่องตรวจ แล้วมองผ่านจอภาพ ซึ่งผู้ป่วยต้องปฎิบัติตามคำบอกหรือตามข้อความที่แสดงผ่านจอภาพ พร้อมกับการเก็บสัญญาณภาพ
การทำงานของเครื่องมือและโปรแกรมพิเศษนี้ จะทำการตรวจการทำหน้าที่ของสมอง โดยการตรวจหาการเปลี่ยนแปลงของระดับออกซิเจน เมื่อมีการไหลเวียนของเลือดขณะที่สมองส่วนนั้นๆกำลังทำงานหรือหยุดพัก
ในภาพ : ผู้ป่วยสั่งให้สมองทำงานเกี่ยวกับการควบคุมการใช้มือ โดยที่ผู้ป่วยต้อง กำมือสลับกับแบมือ ซึ่งจะทำงานสลับกับการหยุดพัก เป็นช่วงๆ
ในภาพ : กำลังให้ผู้ป่วย คิดถึง คำกริยา ที่ขึ้นต้นด้วย ล.ลิง
ในภาพ : ให้ผู้ป่วยคิดถึง คำกิริยา ที่ใช้กับปากกา
ในภาพ : เครื่องเก็บข้อมูลและแสดงสีที่แตกต่างกัน ในแต่ละตำแหน่งของสมอง
เครื่องสามารถเก็บสัญญาณด้วยความเร็วสูง โดยการใช้โปรแกรมที่เรียกว่า EPI : Echo planar images และแสดงเป็นสีที่แตกต่างกันตามเวลาที่เปลี่ยนแปลงมาซ้อนบนภาพสมอง
ทำงาน พัก ทำงาน พัก
จากภาพ... ด้านล่าง จะเห็นจากช่องสี่เหลี่ยมพื้นผ้าสีเทาเรียงติดต่อกัน นั่นคือ ช่วงที่ให้ผู้ป่วยสั่งให้ระบบประสาทของตนเองทำงาน เช่น กำมือ แบมือ หรือ คิด ส่วนช่องว่างสีขาว คือ ช่วงที่ใช้ผู้ป่วย หยุดพัก
ภาพ MRI สมองผู้ป่วย
มุมบนขวามือ ก้อนสีดำ คือ บริเวณที่สมองผิดปกติ
สีเหลืองสว่างแตกต่างกัน ด้านซ้ายและขวา
แสดงการทำงานของสมองที่สัมพันธ์กับ ตำแหน่งของประสาทที่ควบคุมการทำงานของมือ
ภาพ MRI สมอง ในตำแหน่งต่างๆที่มีการทำงานตอบสนองการสั่งการของประสาทที่แตกต่างกัน จุดไหนสว่างมาก แสดงว่ามีการทำงานมาก มีออกซิเจนเข้าไปมาก
นอกจากนี้... เครื่องยังสามารถแสดงกราฟ (เส้นสีเขียว) บอกความสัมพันธ์ของประสาทสั่งการตามการช่วงทำงานและการหยุดพัก ให้เห็นได้
สรุป : เครื่อง MRI มีโปรแกรมพิเศษที่ออกแบบให้เครื่องสามารถเก็บข้อมูลด้วยความเร็วสูง เพื่อนำสัญญาณการเปลี่ยนแปลงออกซิเจนที่อยู่ในเลือด ที่ผ่านเข้าสมอง มาสร้างเป็นสีที่แตกต่างกันซ้อนทับกับภาพของสมอง เพื่อใช้ประกอบในการวินิจฉัยว่า ตำแหน่งใดมีหน้าที่ผิดปกติไปจากที่ควรจะเป็น ซึ่งการตรวจด้วยเทคนิคนี้ เรียกว่า fMRI
ซึ่งเทคนิคการตรวจนี้พวกเราต้องสร้างเสริมทักษะและพัฒนาให้มีคุณภาพเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆต่อไป
