Untersuchung der makrovaskulären Anteile in GE- und SE-EPI BOLD über die kortikale Tiefe bei 7 T
Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) bei ultrahoher Magnetfeldstärke (≥ 7 T) hat das Potenzial, physiologische Strukturen innerhalb der menschlichen Gehirnrinde in vivo zu untersuchen (Yacoub et al., 2007, Neuroimage, 37, 4, 1161–77). Jedoch weisen Gradientenecho basierende Sequenzen (GE-BOLD), die am häufigsten für fMRT verwendet werden, eine mangelnde räumliche Spezifizität aufgrund ihrer Empfindlichkeit für makrovaskuläre Beiträge auf (Polimeni et al., 2010, Neuroimage, 52, 4, 1334–46). Andere Ansätze wie die Spinecho Technik (SE-BOLD) versprechen eine höhere räumliche Spezifität auf Kosten von allgemeiner Sensitivität (Chaimow et a., 2018, Neuroimage, 164, 32–47).
In unserer Studie haben wir die räumliche Spezifizität des BOLD Signals in verschiedenen kortikalen Tiefen für GE- und SE-BOLD, bei Bestimmung der sogenannten Punktspreizfunktion (PSF), geschätzt. Die kortikale PSF wurde auf Grundlage von induzierten BOLD Signalen mit unterschiedlichen Raumfrequenzen (Wanderwellen) im primären visuellen Kortex (V1) bestimmt (Parkes et al., 2005, MRM, 54, 6, 1465–72). Alle funktionellen Daten wurden bei 7T mit einer nominalen isotropen Voxelgröße von (0,8 mm)3 erhoben.
Abbildung 1(a)–(b) zeigt beispielhafte GE-BOLD Phasenantworten für induzierte Wanderwellen mit unterschiedlicher Raumfrequenz. Abbildung 1(c)–(d) zeigt die entsprechenden Antworten von SE-BOLD-Messungen. Abbildung 1(e)–(h) zeigen die zugehörigen prozentualen Signaländerungen für GE- und SE-BOLD. Die weiße Linie stellt die V1/V2-Grenze dar. Die gepunktete weiße Linie grenzt den Bereich ab, der bei SE-BOLD Messungen nicht erfasst wurde.
Diese Signalamplituden wurden verwendet, um die Breite der PSF zu modellieren.
Abbildung 2 zeigt die geschätzte durchschnittliche Breite der PSF in Abhängigkeit der kortikalen Tiefe. Die PSF-Breite nimmt sowohl für GE- als auch für SE-BOLD zu, was auf verbleibende makrovaskuläre Beiträge in beiden Techniken hinweist. Der schattierte Bereich gibt den Standardfehler über vier Probanden an.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass hochauflösende SE-BOLD Methoden unter denselben unspezifischen makrovaskulären Beiträgen leiden und zudem eine geringere Empfindlichkeit aufweisen. Während wir erwarten, dass sich die Spezifizität von SE-BOLD verbessern lässt, zeigen wir, dass bei Standard SE-BOLD Varianten die Nachteile gegenüber den antizipierten Vorteilen überwiegen.
