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血液酸素化レベル依存性イメージング、またはBOLDコントラストイメージングは、機能的磁気共鳴イメージング（fMRI）で使用される方法で、脳やその他の臓器のさまざまな領域における血液酸素化レベルを観察し、任意の時点で活動していることがわかります。[ 1 ] [ 2 ]
ニューロンは糖や酸素といったエネルギーを内部に蓄えていないため、発火するとすぐにエネルギーを供給する必要が生じます。血液は、血行動態反応と呼ばれるプロセスを通して、活動中のニューロンに、活動していないニューロンよりも速い速度で酸素を供給します。これにより、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビン（酸素化血液と脱酸素化血液）の相対的な濃度が変化し、その変化は磁化率の差に基づいて検出することができます。
1990年、小川誠司らが発表した3つの論文は、ヘモグロビンが酸素化型と脱酸素化型で異なる磁気特性を持つことを示しました（脱酸素化ヘモグロビンは常磁性、酸素化ヘモグロビンは反磁性）。この両方はMRIで検出できます。[ 3 ]これにより、MRIスキャナで検出できる磁気信号の変化が生じます。思考、行動、または経験を何度も繰り返すと、統計的手法を用いて、その結果としてこの違いがより確実に多く生じる脳の領域を特定でき、したがって、その思考、行動、または経験中に最も活発になる脳の領域を特定できます。
fMRI研究のほとんどは、脳のどの部分が最も活発であるかを判断する方法としてBOLDコントラストイメージングを使用していますが、信号は相対的で個別に定量化されていないため、その厳密性に疑問を呈する人もいます。神経活動を直接測定することを提案する他の方法も試みられてきました（たとえば、血液中のオキシヘモグロビンがデオキシヘモグロビンにどれだけ変換されたかを測定する脳領域の酸素抽出率（OEF）の測定[ 4 ]）が、活動または発火するニューロンによって生成される電磁場が非常に弱いため、信号対雑音比が極めて低く、定量的データを抽出するために使用される統計的手法は、これまでのところほとんど成功していません。
BOLDコントラストイメージングにおける低周波信号の一般的な破棄は、1995年に疑問視されるようになった。右手の動きを制御する脳領域の「ノイズ」が、左手の動きに関連する反対側の脳領域の同様の活動と同期して変動することが観察されたためである。[ 1 ] BOLDコントラストイメージングは2つの脳状態間の差異にしか感度がないため、[ 5 ]これらの相関した変動を分析するための新しい方法が必要となり、安静時fMRIと呼ばれるようになった。
BOLDコントラストイメージングの概念実証は、 1990年に小川誠司らが、 MRIで生体内の血液酸素化の変化を検出できることを示した実験に続いて提供した。 [ 6 ]小川らの実験では、空気のさまざまな成分におけるげっ歯類の脳スライスのコントラストの血液酸素化レベル依存性イメージングが行われた。高磁場下で、麻酔下の生きたマウスとラットの脳の水プロトン磁気共鳴画像が勾配エコーパルスシーケンスによって測定された。実験では、呼吸ガス中の酸素含有量が徐々に変化すると、これらの画像のコントラストが徐々に変化することが示された。小川は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンがこの差の主な要因であると提唱し、証明した。[ 7 ]
BOLD fMRIのその他の著名な先駆者には、1992年に初めてヒト被験者にこの技術を使用したケネス・クウォンとその同僚らがいる。 [ 8 ]
血流の変化によって誘発される人間の脳内の酸素レベルの変化に依存しているためです。
小川らは、MRIで生体内の血液酸素化の変化を検出できることを実証した。