Functionele MRI: het afbeelden van motorische hersenfuncties

Nijmegen, februari 1996,

Van der Kallen et al. beschreven het in kaart brengen van de motorische hersenfuncties door middel van functionele MRI (fMRI) en het Talairach-referentiesysteem (1996;248-54). Bij het zoeken naar een plausibele driedimensionele weergave van actieve gebieden van de cerebrale cortex en de correlatie daarvan met fMRI komt men in de literatuur steeds dezelfde vraag tegen: is het fMRI-signaal werkelijk afkomstig uit een corticaal gebied of wordt tevens een tot anatomische onnauwkeurigheid voerend veneus signaal gemeten? Op ‘blood oxygen level-dependant’ (BOLD) gebaseerd contrast behelst een van de deoxyhemoglobineconcentratie afhankelijk signaal gelokaliseerd in capillairen en eventueel in postcapillaire venulen en grotere venen. Van der Kallen et al. concluderen dat zij de werkelijk gyrale activiteit gemeten hebben zonder storende invloed van hersenvenen, op grond van hun geringe lokalisatievariatie van 12 mm en de te verwachten grotere variatie als gevolg van het grove venenpatroon corticaal. Enige voorzichtigheid is geboden bij deze conclusie.

Ten eerste onderscheiden Menon et al. bij het BOLD-contrasteffect in ‘fast low flip angle shot’ (FLASH)- en ‘echoplanar imaging’ (EPI)-technieken twee verschillende typen activiteittoename, elk met hun specifieke lokalisatie.1 De zeer gelokaliseerde en sterkere activiteitverandering zou berusten op signaal in de grotere vaten. De zwakkere, meer diffuus lokale signaalverandering zou meer op capillair (overeenkomend met gyrale activiteit) niveau plaatsvinden.

Ten tweede is de door Van der Kallen et al. waargenomen variatie in de lokalisatie van signaal van 12 mm gering genoeg om de toepasbaarheid van Talairachs stereotactische systeem te toetsen, maar met betrekking tot gyrale activiteit en aangrenzende corticale venen is deze variatie zeer groot.2 De figuur illustreert de nauwe anatomische relatie tussen fMRI-signaal en anatomisch patroon van grotere venen. In onze kliniek (Institut für Radiodiagnostik und Nuklearmedicin, Ruhr Universität Bochum, Duitsland), wordt fMRI door middel van BOLD-contrast en gradiënt-echo-EPI uitgevoerd. De grovere veneuze anatomische bouw is met behulp van tweedimensionale FLASH met gadopentetinezuur afgebeeld.

Welk deel van BOLD-contrast werkelijk toe te schrijven is aan gyrale activiteit is waarschijnlijk alleen met invasieve methoden zoals intraoperatieve ‘functional mapping’ te bewijzen omdat bij de tot nu toe toegepaste gouden standaarden zoals positron-emissietomografie of magneto-encefalografie de ruimtelijke resolutie voor een nauwkeurige gyrale plaatsbepaling ontbreekt.3-8

Nijmegen, maart 1996,

Wij zijn collega Venderink erkentelijk voor zijn reactie en gaan graag in op zijn opmerkingen. Terecht geeft hij aan dat het effect van het BOLD-contrastmechanisme zich kan uiten in een verandering van de MR-signaalintensiteit in venen, venulen en capillairen, elk uiteraard met een specifieke locatie ten opzichte van geactiveerde neuronen. Wij wezen in dit verband op de controverse in de literatuur over de relatie tussen de locatie van het signaal en de ware locatie van het geactiveerde gebied. In dit verband is het relevant ook te wijzen op de invloeden van het ‘flow level dependent’, ‘motion level dependent’ en liquor‘oxygen level dependent’ effect.1 Vastgesteld moet worden dat nog van geen van deze effecten bewezen is wat de bijdrage ervan is in het gemeten effect. Er is echter voldoende bewijs voor een functionele relatie tussen de stimulus en de locatie van het geactiveerde gebied, waarbij geen onderscheid gemaakt wordt tussen de variaties in de patronen van de bloedvaten, die daarin als individuele verschillen zijn terug te vinden.

Dit brengt ons bij het punt van de variatie in de lokalisatie van functionele gebieden. De door Venderink verstrekte opname laat over een anatomisch beeld (waarbij hij niet aangeeft uit hoeveel pixels de matrix is opgebouwd; de dikte is 4 mm) een projectie zien van een matrix (hoeveel pixels?, welke dikte?) waarin pixels zijn gekenmerkt als fMRI-signaal ten opzichte van een met gadopentetinezuur aangekleurde corticale vene. Hierbij wordt gerefereerd aan het door ons in het Talairach-systeem gevonden gebied van activiteit met een doorsnede van 12 mm. Dit is volgens ons echter een onjuiste vergelijking. Ook in onze experimenten kan per individu met een veel hogere nauwkeurigheid de correlatie worden aangegeven tussen signaalgebieden en specifieke anatomische structuren. Signaalintensiteitsverhoging in venen is op grond van de morfologische structuur en de lokalisatie bij vergelijking met het overeenkomstige ‘anatomische’ doorsnedebeeld als zodanig herkenbaar en te onderscheiden van gyrale intensiteitsverhoging. Er blijkt uit onderzoek gedaan naar de ligging van belangrijke anatomische structuren in MRI-beelden vergeleken met de Talairach-atlas,2 dat interindividuele variaties in het verloop van de centrale sulcus ongeveer 15 mm bedragen. In ons onderzoek werd een variatie in de ligging van functionele gebieden in de motore cortex juist voor de sulcus centralis gevonden van 12 mm in een groep van 10 proefpersonen. Dit onderstreept volgens ons de veel geringere variabiliteit in de ligging van de functionele gebieden in vergelijking tot de variabiliteit van de lokale vaatstructuren.