Neuronal activity has been directly measured with electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG), which have limited spatial resolution. Functional MRI has been used for mapping neuronal activity in higher spatial resolution, but has limited temporal resolution and limited spatial specificity to neuronal activity because of its dependence on blood hemodynamics rather than direct neuronal activity. Many researchers have tried to directly detect the neuronal activity using MRI, such as direct detection of phase signal change induced by oscillating magnetic field changes, ultra-low field MRI which lowered Larmor frequency using a particular detector, and a detection method based on spin-locking mechanism, et al. Most of the techniques showed successful results in phantom experiment, but the detectability of neuronal current in vivo is still controversial over a decade.
In this study, we suggested a novel method which can detect neuronal oscillation directly without synchronization. By combining dynamic multi-phase acquisition and Fourier analysis, we could detect oscillating magnetic field with a magnitude of ~1nT. The proposed approach was robust to random changes in oscillating magnetic fields such as multiple frequency components and random on/off intervals. Multiple refocusing radiofrequency (RF) pulses were use to increase its sensitivity when detecting particular frequency component. The approach with $180^\circ$ refocusing RF pulses increased both sensitivity and specificity for weak oscillating magnetic field. And we also suggested a method to identify the oscillation frequency by combining two dataset with different times to repeat (TR).
뉴런의 활동을 직접 측정할 수 있는 뇌전도, 뇌자기도는 공간해상도가 제한적이고, 기능적 자기공명영상은 높은 공간해상도로 널리 사용됐으나 직접적인 뉴런의 활동이 아닌 혈류역학적 반응에 의존적이므로 시간해상도와 공간적 특이성이 낮다. 이를 극복하기 위하여 뉴런의 활동에 의한 전기신호를 직접 측정할 수 있는 자기공명영상 기법이 많이 개발되어 그 타당성을 확인하였으나, 생체 내의 뉴런의 전기신호 측정 가능성은 여전히 논란의 대상이다.
본 연구에서는, 뉴런의 전기진동신호를 신호와의 동기화 없이 직접 측정할 수 있는 새로운 방법을 제안하였고, 모형실험을 통하여 타당성을 확인하였다. 동적 다중위상기법과 푸리에 분석법을 통하여 작은 진폭을 가진 진동 자기장을 검출할 수 있었으며, 본 기법은 약한 진동 자기장이 임의의 주파수 변화, on/off 상태 변화, 위상 변화 등의 상황에서도 성공적으로 검출할 수 있었다. 다중 180도 라디오 펄스를 사용하여 특정 주파수를 가진 진동 자기장 신호를 증폭하여 얻을 수 있었고, 반복시간이 서로 다른 동적 데이터를 조합하여 사전 정보없이 넓은 스펙트럼에서 진동 주파수를 검출할 수 있었다.
