Λειτουργική Μαγνητική Τομογραφία (λΜΤ)

Βασίλειος Κόκκινος Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός MSc Νευρολογικών Επιστημών Παν/μιο McGill, MSc Επιληπτολογίας King’s College London Διδάκτωρ Νευροεπιστημών Ιατρικής Παν/μίου Πατρών Μονάδα Επιληψίας, Κλινική «ΑΓΙΟΣ ΛΟΥΚΑΣ», Πανόραμα, Θεσσαλονίκη Το 1936, ο βραβευμένος με Νόμπελ Αμερικανός χημικός Linus Pauling, ερευνώντας συστηματικά τη δομή και τις ιδιότητες της αιμοσφαιρίνης, ανακάλυψε ότι σε μη-οξυγονωμένη μορφή η αιμοσφαιρίνη διαθέτει μαγνητικές ιδιότητες σε αντίθεση με την οξυγονωμένη της μορφή. Κατά συνέπεια, εάν μόρια μη-οξυγονωμένης αιμοσφαιρίνης βρεθούν εντός του χώρου ενός μαγνητικού πεδίου θα δεχθούν την επίδρασή του, ενώ η οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη θα παραμείνει ανεπηρέαστη. Η ανακάλυψη αυτή έφερε την ιδέα ότι η μαγνητική τομογραφία μπορεί να αναδείξει τέτοιου τύπου διαφορές στην συγκέντρωση της αιμοσφαιρίνης στον εγκέφαλο. Η αύξηση στην κατανάλωση οξυγόνου στον εγκέφαλο συσχετίζεται με αυξημένες ανάγκες του υποκείμενου νευρωνικού ιστού προκειμένου να φέρει εις πέρας την τρέχουσα λειτουργία. Έτσι, εάν η μαγνητική τομογραφία μπορεί να δείξει διαφορές στην απορρόφηση οξυγόνου κατά την εκτέλεση μιας λειτουργίας, τότε οι διαφορές αυτές θα απεικονίζονται στις περιοχές εκείνες του εγκεφάλου που εξυπηρετούν την εν λόγω λειτουργία. Αυτές είναι εν συντομία οι αρχές της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (λΜΤ), μιας τεχνικής η οποία χρησιμοποιεί τον μαγνητικό τομογράφο με τέτοιον τρόπο ώστε να «χαρτογραφεί» στον εγκέφαλο την εκάστοτε υπό εξέταση λειτουργία. Η τεχνική έχει την δυνατότητα να αναδεικνύει τις περιοχές εκείνες του εγκεφάλου οι οποίες αναπτύσσουν αυξημένη νευρωνική δραστηριότητα, και κατά συνέπεια παρουσιάζουν σημαντικές μεταβολές στην κατανάλωση οξυγόνου, κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας. Η διαδικασία που ακολουθείται προκειμένου να ληφθούν ορθά οι εικόνες μεταβολών οξυγόνωσης είναι κατά βάσιν μη-επεμβατική και απλή. Το υποκείμενο (ασθενής ή μη) που υποβάλλεται στην δοκιμασία της λΜΤ εισάγεται στον χώρο του μαγνήτη με 2 βασικές οδηγίες: α) να διατηρεί την κεφαλή του ακίνητη καθ’ όλη τη διάρκεια της εξέτασης και β) να ακολουθεί πιστά τις οδηγίες του εξεταστή, οι οποίες μπορούν να παρέχονται είτε οπτικά (μέσω συστήματος προβολής) είτε ακουστικά (μέσω μαγνητοσυμβατού συστήματος ακουστικών). Συνήθως προηγείται μια σύντομη εκπαίδευση στην ζητούμενη λειτουργία εκτός του μαγνήτη, όπου το υποκείμενο εξοικειώνεται με τη διαδικασία και κατανοεί τις απαιτήσεις της εξέτασης. Κατά τη διάρκεια της τομογραφίας, το υποκείμενο μεταβαίνει εναλλάξ μεταξύ δύο καταστάσεων: της κατάστασης εκτέλεσης της λειτουργίας και της κατάστασης ηρεμίας. Κατά την πρώτη το υποκείμενο διεκπεραιώνει την ζητούμενη λειτουργία, ενώ κατά τη δεύτερη διακόπτει την λειτουργία και παραμένει σε ήρεμη εγρήγορση εντός του μαγνήτη. Η δεύτερη κατάσταση είναι αυτή που θα αποτελέσει το μέτρο σύγκρισης της ενεργοποίησης και ο σαφής προσδιορισμός της είναι σημαντικός στην εξαγωγή και ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Μετά το πέρας της εξέτασης, ακολουθεί διαδικασία ανάλυσης των ληφθεισών εικόνων λΜΤ. Η διεθνώς καθιερωμένη και επιστημονικά αποδεκτή μέθοδος ανάλυσης είναι η Στατιστική Παραμετρική Χαρτογράφηση. Η μέθοδος αυτή απαντά στατιστικά στο παρακάτω ερώτημα: «Ποιες περιοχές του εγκεφάλου εμφανίζουν στατιστικά σημαντική αιμοδυναμική ενεργοποίηση κατά τη διάρκεια εκτέλεσης της ζητούμενης λειτουργίας σε σχέση με την κατάσταση ηρεμίας;». Η αριθμητική/στατιστική απάντηση σε αυτό το ερώτημα αναπαρίσταται στον χώρο του εγκεφάλου και καταδεικνύει την περιοχή η οποία εμφανίζει ενεργοποίηση κατά την εκτέλεση της λειτουργίας. Ένα παράδειγμα λΜΤ για την εντόπιση περιοχών λόγου φαίνεται στην Εικόνα 1. Κατά την εξέταση αυτή, παρουσιάζονται οπτικά στο υποκείμενο λέξεις-ουσιαστικά της ελληνικής γλώσσας και ζητείται από το υποκείμενο να τις περιγράψει σιωπηλά χωρίς να επαναλάβει την δοθείσα λέξη (π.χ. για την λέξη «ήλιος» θα πρέπει να παραγάγει περιγραφές του τύπου «αυτός που φωτίζει την ημέρα, βγαίνει το πρωί από την ανατολή και δύει το βράδυ στην δύση» κ.λπ., χωρίς να χρησιμοποιήσει την ίδια την λέξη «ήλιος»). Η διαδικασία αυτή στοχεύει στην αυθόρμητη έναρξη γλωσσικής παραγωγής μετά από κατανόηση γλωσσικού ερεθίσματος και η οποία γνωρίζουμε, από νευροφυσιολογικές και νευροανατομικές μελέτες, ότι εξυπηρετείται από την οπίσθια έξω και κάτω μετωπιαία περιοχή (γνωστή και ως περιοχή Broca). Στην Εικόνα 1 φαίνεται η εν λόγω περιοχή ενεργοποιημένη αριστερά σε δεξιόχειρα φυσιολογικό υποκείμενο. Στην Εικόνα 2 φαίνεται η ίδια περιοχή σε τρισδιάστατη απεικόνιση του εγκεφάλου του υποκειμένου. Ένα δεύτερο παράδειγμα λΜΤ για την εντόπιση περιοχών κινητικότητας φαίνεται στην Εικόνα 3. Κατά την εξέταση αυτή, ζητείται από το υποκείμενο να εκτείνει και να κάμπτει αργά σε πλήρες εύρος τα δάχτυλα της άκρας χειρός, εναλλάξ του αριστερού και του δεξιού άνω άκρου. Η διαδικασία αυτή στοχεύει στην ενεργοποίηση του πρωτοταγούς κινητικού φλοιού, η οποία γνωρίζουμε ότι εξυπηρετείται από την πλάγια μέση επιφάνεια της προκεντρικής έλικας. Στην Εικόνα 2 φαίνονται τα αποτελέσματα της εξέτασης αυτής σε ασθενή με νεοπλασία στην αριστερή βρεγματική περιοχή. Στην Εικόνα 4 φαίνονται οι ίδιες περιοχές σε τρισδιάστατη απεικόνιση του εγκεφάλου του ασθενούς. Η λΜΤ έχει χρησιμοποιηθεί, όπως φαίνεται από την πλειοψηφία των επιστημονικών δημοσιεύσεων, σε ερευνητικά πλαίσια κυρίως για την ανατομική εντόπιση λεπτομερών γνωσιακών λειτουργιών (οπτική αντίληψη, μνήμη, γλώσσα, κ.α.) στον εγκέφαλο. Την τελευταία δεκαπενταετία, και ιδιαίτερα στα πλαίσια προεγχειρητικών εκτιμήσεων, η λΜΤ έχει λάβει επιπλέον καθοδηγητικό/πλοηγητικό ρόλο. Για ασθενείς με νεοπλασίες εγκεφάλου, αρτηριοφλεβικές δυσπλασίες ή φαρμακοανθεκτική επιληψία (οφειλόμενη σε εστιακή φλοιική δυσπλασία ή εσωκροταφική σκλήρυνση), η χειρουργική αφαίρεση της βλάβης παρέχει συνήθως το καλύτερο θεραπευτικό αποτέλεσμα. Παρόλα αυτά, η αφαίρεση εγκεφαλικού ιστού που εξυπηρετεί ουσιώδεις ικανότητες για την λειτουργικότητα του ασθενούς, όπως η πρωτοταγής επεξεργασία της αισθητικότητας και της κίνησης, η κατανόηση και παραγωγή λόγου και η μνήμη, έχει μη-αποδεκτές συνέπειες για την μετεγχειρητική ποιότητα ζωής του ασθενούς. Κατά συνέπεια, πρέπει να υπάρχει προεγχειρητικά μια σαφής εκτίμηση των λειτουργικών συνεπειών της εκτομής της εκάστοτε υποψήφιας βλάβης, κάτι που η λΜΤ είναι σε θέση να παρέχει. Επιπλέον, έχοντας την δυνατότητα χαρτογράφησης λειτουργιών πέριξ των ορατών δομικών βλαβών, η λΜΤ ταυτόχρονα παρέχει σημαντικές πληροφορίες και για την χωρική οριοθέτηση της έκτασης της επεμβατικότητας. Η λΜΤ αποτελεί σημαντικό συμπλήρωμα της δομικής μαγνητικής τομογραφίας, τόσο στα πλαίσια προεγχειρητικού ελέγχου, όσο και στα πλαίσια της έρευνας του κεντρικού νευρικού συστήματος. Παρότι η δομική μαγνητική τομογραφία παρέχει σημαντικές πληροφορίες για το ανατομικό υπόστρωμα, δεν έχει την δυνατότητα να αποκαλύψει τις λεπτομερείς νευροφυσιολογικές μεταβολές που πραγματοποιούνται στον εν λειτουργία εγκέφαλο. Η λΜΤ είναι ένα απαραίτητο εργαλείο για την απεικόνιση και κατ’ επέκταση την κατανόηση της εντόπισης των λειτουργιών του κεντρικού νευρικού συστήματος. Εικόνα 1: fMRI κατανόησης και παραγωγής λόγου καταδεικνύει την περιοχή Broca σε φυσιολογικό υποκείμενο. Εικόνα 2: Τρισδιάστατη απεικόνιση των αποτελεσμάτων της Εικόνας 1. Εικόνα 3: fMRI κίνησης δεξιάς και αριστερής άκρας χειρός καταδεικνύει τον πρωτοταγή κινητικό φλοιό σε υποκείμενο με αριστερή βρεγματική νεοπλασία. Εικόνα 4: Τρισδιάστατη απεικόνιση των αποτελεσμάτων της Εικόνας 3.