Hình ảnh thần kinh (Neuroimaging hay Não đồ hình ảnh) là chuyên ngành y học và khoa học thần kinh ứng dụng các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh hiện đại để tạo ra hình ảnh trực quan về cấu trúc giải phẫu, các kết nối sợi trục thần kinh cũng như trạng thái hoạt động sinh lý và chuyển hóa năng lượng của não bộ và tủy sống con người mà không cần can thiệp phẫu thuật xâm lấn.
Phân biệt Hình ảnh thần kinh Cấu trúc và Chức năng
Trong y học lâm sàng và nghiên cứu nhận thức, hình ảnh thần kinh được chia thành hai nhánh chính:
- Hình ảnh cấu trúc (Structural Neuroimaging): Bao gồm chụp cắt lớp vi tính (CT Scanner) và chụp cộng hưởng từ (MRI). Nhóm này cung cấp hình ảnh giải phẫu không gian ba chiều với độ phân giải cao, giúp phát hiện tức thì các tổn thương thực thể như đột quỵ xuất huyết não, u não, chấn thương sọ não và thoái hóa teo vỏ não trong bệnh Alzheimer.
- Hình ảnh chức năng (Functional Neuroimaging): Bao gồm fMRI, PET (Positron Emission Tomography) và SPECT. Nhóm này ghi nhận các thay đổi động về lưu lượng tưới máu não, tiêu thụ oxy và chuyển hóa glucose theo thời gian thực khi đối tượng đang tư duy, ghi nhớ hoặc cử động.
Cơ chế tín hiệu BOLD và Đột phá của công nghệ fMRI
Theo công trình kinh điển của Seiji Ogawa và cộng sự (1990) đăng trên PNAS, kỹ thuật cộng hưởng từ chức năng (fMRI) hoạt động dựa trên hiệu ứng tương phản phụ thuộc mức oxy hóa máu (Blood-Oxygen-Level-Dependent - BOLD). Deoxyhemoglobin (hồng cầu mất oxy) có tính thuận từ làm giảm tín hiệu từ trường, trong khi Oxyhemoglobin có tính nghịch từ không làm nhiễu từ trường.
Theo nghiên cứu sinh lý học thần kinh đột phá của Nikos Logothetis và cộng sự (2001) trên tạp chí Nature, tín hiệu BOLD fMRI phản ánh chính xác hoạt động điện thế trường cục bộ (Local Field Potentials) của các khớp thần kinh synap hơn là xung điện thế hoạt động đơn lẻ của thân nơron.
| Kỹ thuật hình ảnh thần kinh | Nguyên lý vật lý ghi nhận | Độ phân giải không gian | Chỉ định lâm sàng hàng đầu |
|---|---|---|---|
| Cộng hưởng từ cấu trúc (MRI) | Tín hiệu spin proton nguyên tử hydro | Dưới một milimét (rất cao) | Chẩn đoán u não, xơ cứng rải rác, đột quỵ nhồi máu |
| Cộng hưởng từ chức năng (fMRI) | Hiệu ứng BOLD dòng oxy máu | Một đến ba milimét | Lập bản đồ vùng ngôn ngữ và vận động trước mổ não |
| Cắt lớp phát xạ Positron (PET) | Phát hạt positron từ đồng vị phóng xạ | Bốn đến tám milimét | Đo thụ thể thần kinh, chẩn đoán sớm mảng Amyloid Alzheimer |
Phân tích dữ liệu bằng Bản đồ tham số thống kê (SPM)
Theo Karl Friston và cộng sự (1994), dữ liệu hình ảnh não bộ chức năng có khối lượng khổng lồ với hàng triệu đơn vị thể tích (Voxel). Nhóm tác giả đã phát triển phương pháp Bản đồ tham số thống kê (Statistical Parametric Mapping - SPM) dựa trên mô hình tuyến tính tổng quát (GLM) và lý thuyết trường ngẫu nhiên, tạo nên bộ công cụ chuẩn mực toàn cầu để giải mã các mạng lưới thần kinh chức năng trong não bộ người.