fMRIとは

1990年代は脳の10年と呼ばれて、脳科学のいろいろな分野で多大な進展がみられました。特に、機能的脳活動の画像化の発展ぶりには目をみはるものがあり、その中で、脳を対象にしたfMRIは発展の主動力になりました。fMRIの応用は医学?神経科学から心理学、さらに社会科学のいろいろな分野にも及んでいます。

普通のMRIは病院で使われているように、脳の構造を非侵襲的に測る最も優れた方法として知られています。fMRIはMRIのもたらす構造情報の上に、脳の機能活動がどの部位で起きたかを画像化するものです（図1）。在来、脳の神経活動で起きる電気磁気現象をMRIで直接検出するのが大変難しく、脳機能をMRIで測ることは不可能とされてきました。ところが、MRIの信号には小さいながら、脳の生理現象の変化と共に変わる成分があり、それが脳機能活動と関連した信号変化として捉えられることが示されました(小川 他、1990、1992年)。これがfMRIの始まりでBOLD法と名づけられています＊。　

＊S. Ogawa, T. M. Lee, A. R. Kay and D. W. Tank, "Brain Magnetic Resonance Imaging with Contrast Dependent on Blood Oxygenation", Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 87, 9868-9872 (1990)

S. Ogawa, D. W. Tank, R. Menon, J. M. Ellermann, S.-G. Kim, H. Merkle and K. Ugurbil, "Intrinsic Signal Changes Accompanying Sensory Stimulation: Functional Brain Mapping With Magnetic Resonance Imaging" Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 89, 5951-5955 (1992).

**Yul-Wan Sunga,Masayuki Kambab, Seiji Ogawa, "Building-specific categorical processing in the retrosplenial cortex" , Brain Research,1234,87-93(2008)Fig.1をもとにYul-Wan Sunga(成烈完)が作図

MRIで使うような強い均一な磁場内に磁化率の異なるものが置かれるとそのものの内部及び周りに磁場の変化?歪を生じます。電磁気の教科書にある図ですが、円筒状のものが均一磁場内に置かれたときの磁場の様子を示しています。

このような現象が脳組織内でも起きることを示したのが図2です。組織には酸素を供給すべく多くの血管網がはりめぐらされています。血液は小さな動脈から毛細管を通って静脈に達します。血液中の赤血球には酸素を運ぶヘモグロビンが多量にあります。このヘモグロビンは酸素分子を結合している時には反磁性で、毛細管で酸素を放出した後（デオキシヘモグロビン）では常磁性になります。常磁性体であるデオキシヘモグロビンを多く持つ静脈側の血管の中及び周りには僅かながら磁場の歪をつくります。この歪の存在はそのあたりの水（のプロトン）の信号（MRIはこの水を対象にした磁気共鳴現象を測るものです）を弱めます。この現象をBOLD（Blood Oxygenation Level Dependent）効果と呼びました。

更に、脳の機能活動として神経細胞の周りのシナップス活動が増加しますと、そばに存在するアストロサイト（グリア細胞；神経細胞の働きを補助）やニューロンが感知して血管を拡げる物質を血管の壁におくり、結果として血流の増加がおきます。この血流増加による酸素の供給は神経活動の増加に伴う酸素消費の増加を遥かに凌ぎ(過剰の酸素供給)ます。その結果、デオキヘモグロビンの量が減り、先に述べた磁場の歪の減少をもたらし、MRI信号が僅かに増えます。この信号変化が機能活動の増加に対応したものとして画像化されるのです、すなわちfMRIによる脳機能測定となります。