Funkční neuroimaging je použití technologie neuroimagingu k měření některých aspektů mozkových funkcí , často k pochopení vztahu mezi aktivitou v určitých oblastech mozku a specifickými mentálními funkcemi. Používá se hlavně jako výzkumný nástroj v kognitivní neurovědě , kognitivní psychologii , neuropsychologii a sociální neurovědě .
Mezi běžné funkční neurozobrazovací techniky patří:
PET, fMRI, fNIRS a fUS mohou měřit lokalizované změny v průtoku krve mozkem spojené s neurální aktivitou. Tyto změny se nazývají aktivace. Oblasti mozku, které jsou aktivovány, když subjekt provádí konkrétní úkol, mohou hrát roli ve výpočetní neurovědě , která ovlivňuje chování. Například rozšířená aktivace okcipitálního laloku je běžně pozorována u úkolů, které zahrnují zrakový systém (oproti úkolům, které ne). Tato část mozku přijímá signály ze sítnice a hraje roli v lidském vidění .
Jiné neurozobrazovací techniky zahrnují záznam elektrických proudů nebo magnetických polí, jako je EEG a MEG. Různé metody mají různé výzkumné přínosy; například MEG měří mozkovou aktivitu s vysokým časovým rozlišením (až na úroveň milisekund), ale je omezená ve své schopnosti lokalizovat tuto aktivitu. fMRI je mnohem lepší při lokalizaci mozkové aktivity pro prostorové rozlišení, ale s mnohem menším časovým rozlišením [1] , zatímco funkční ultrazvuk (FUS) může dosáhnout úžasného časoprostorového rozlišení (až 100 mikrometrů, 100 milisekund, při 15 MHz v preklinických modelech), ale je také omezena neurovaskulární konektivitou.
Nedávno bylo navrženo zobrazování magnetickými částicemi jako nová citlivá zobrazovací modalita s dostatečným časovým rozlišením pro funkční neurozobrazování založené na expanzi objemu krve v mozku. První preklinické studie úspěšně prokázaly funkční zobrazování u hlodavců [2] .
Funkční neurozobrazení může být také úspěšným způsobem studia introverze a extraverze u lidí [3] . Kromě toho se neurozobrazovací techniky používají při studiu posttraumatických poruch, úzkostných poruch a dalších duševních chorob [4] .
Opatření použité v konkrétní studii obvykle souvisí s konkrétním uvažovaným problémem. Omezení měření se liší v závislosti na metodách. Například MEG a EEG zaznamenávají magnetické nebo elektrické fluktuace, ke kterým dochází, když je aktivní populace neuronů. Tyto metody jsou skvělé pro měření časového průběhu nervových událostí (které trvají v řádu milisekund), ale obecně se špatně hodí pro měření, kde přesně k těmto událostem dochází. PET a fMRI měří změny ve složení krve v blízkosti nervové události. Vzhledem k tomu, že k naměřeným změnám v krvi dochází pomalu (trvání několik sekund), jsou tyto metody mnohem horší v měření časového průběhu nervových dějů, ale zpravidla jsou lepší v měření polohy.
Tradiční „aktivační studie“ se zaměřují na identifikaci distribuovaných vzorců mozkové aktivity spojené s konkrétními úkoly. Vědci však mohou získat hlubší pochopení funkce mozku studiem interakcí různých oblastí mozku, protože velká část nervového zpracování se provádí integrovanou sítí více oblastí mozku. Aktivní oblast výzkumu v neurozobrazování zahrnuje studium funkční konektivity prostorově vzdálených oblastí mozku. Analýza funkčních vazeb umožňuje charakterizovat meziregionální neurální interakce při plnění specifických kognitivních či motorických úkolů nebo jednoduše jako výsledek spontánní aktivity v klidu. fMRI a PET umožňují vytvářet mapy funkční konektivity různých prostorových distribucí časově korelovaných oblastí mozku, nazývaných funkční sítě. Několik studií využívajících neuroimagingové techniky také prokázalo, že zadní zrakové oblasti u nevidomých lidí mohou být aktivní během nevizuálních úkolů, jako je čtení Braillova písma, vyvolání paměti a sluchová lokalizace a další sluchové funkce [5] .
Přímou metodou měření funkční konektivity je pozorovat, jak stimulace v jedné části mozku ovlivňuje jiné oblasti. To lze provést neinvazivně kombinací transkraniální magnetické stimulace s jedním z neurozobrazovacích nástrojů, jako je PET, fMRI nebo EEG. Massimini a kolegové (Science, 30. září 2005) použili EEG k zaznamenání toho, jak se aktivita šíří ze stimulovaného místa. Uvedli, že během REM spánku , ačkoli mozek reaguje energicky na stimulaci, je funkční konektivita významně snížena ve srovnání s úrovní během bdělosti. Během hlubokého spánku tedy „oblasti mozku spolu nemluví“.
Kromě kognitivní neurovědy a sociální neurovědy využívá funkční neuroimaging data z mnoha oborů, včetně dalších biologických věd (jako je neuroanatomie a neurofyziologie ), fyziky a matematiky , k dalšímu rozvoji a zlepšování technologie.
Funkční neurozobrazovací studie musí být pečlivě navrženy a pečlivě interpretovány. Statistická analýza (často používající techniku nazývanou statistické parametrické mapování) je často nezbytná k tomu, aby byly různé zdroje aktivace v mozku vzájemně odlišeny. To může být obzvláště obtížné, když uvažujeme o procesech, které je obtížné konceptualizovat nebo které s nimi nejsou spojeny snadno definovaným úkolem (jako je víra a vědomí ).
Funkční neurozobrazení zajímavých jevů je často citováno v tisku. V jednom případě se skupina výzkumníků funkčního neuroimagingu cítila nucena napsat dopis do The New York Times jako odpověď na op-ed článek o výzkumu v takzvané neuropolitice [6] . Argumentovali tím, že některé výklady studie byly „vědecky nesprávné“ [7] .
V březnu 2014 Hastingsovo centrum zveřejnilo zprávu s názvem Neuroimagingová interpretace: Úvod do technologie a její limity [8] s příspěvky předních neurovědců a bioetiků . Tato zpráva popisuje a hlavně kritizuje technologie neurozobrazování a také zmiňuje možný budoucí vývoj.