Funkční signály MRI mohou zkreslovat skutečnou mozkovou aktivitu

Funkční signály MRI mohou zkreslovat skutečnou mozkovou aktivitu

Výzkumníci z Technické univerzity v Mnichově (TUM) a Friedrich-Alexander University Erlangen-Norimberk (FAU) zjistili, že zvýšený signál fMRI je spojen se sníženou mozkovou aktivitou přibližně ve 40 procentech případů. Současně pozorovali snížené signály fMRI v oblastech se zvýšenou aktivitou.

To je v rozporu s dlouholetým předpokladem, že zvýšená mozková aktivita je vždy doprovázena zvýšeným průtokem krve, aby byly splněny vyšší nároky na kyslík. Vzhledem k tomu, že desítky tisíc studií fMRI po celém světě jsou založeny na tomto předpokladu, naše výsledky by v mnoha z nich mohly vést k opačným interpretacím.“

Dr. Samira Epp, první autorka

Testované položky odhalují odchylky od standardní interpretace

PD Dr. Valentin Riedl, nyní profesor na FAU, a jeho kolega Epp během svého působení na TUM vyšetřili více než 40 zdravých účastníků. Každý dostal několik experimentálních úkolů – jako je mentální aritmetika nebo získávání autobiografických vzpomínek – o kterých je známo, že vyvolávají předvídatelné změny signálu fMRI v distribuovaných oblastech mozku. Během těchto experimentů vědci současně měřili skutečnou spotřebu kyslíku pomocí nové kvantitativní techniky MRI.

Fyziologické výsledky se lišily v závislosti na úkolu a oblasti mozku. Zvýšená spotřeba kyslíku – například v oblastech výpočtu – nebyla doprovázena očekávaným zvýšením průtoku krve. Kvantitativní analýzy spíše ukázaly, že tyto oblasti uspokojily své dodatečné energetické potřeby tím, že odebraly více kyslíku z nezměněného krevního zásobení. To jim umožnilo efektivněji využívat kyslík přítomný v krvi bez nutnosti zvýšeného průtoku krve.

Důsledky pro interpretaci mozkových poruch

Tato zjištění mají podle Riedla dopad i na interpretaci výsledků výzkumu mozkových nemocí: "Mnoho studií fMRI o psychiatrických nebo neurologických onemocněních - od deprese po Alzheimerovu chorobu - interpretuje změny krevního toku jako spolehlivý signál neuronální pod- nebo nadměrné aktivace. Vzhledem k omezenému významu takových měření je nyní potřeba toto přehodnotit. Zejména u skupin pacientů s neuronálními onemocněními a primárně se mohou naměřit vaskulární změny nebo vaskulární rozdíly - např. v důsledku vaskulárních rozdílů - např. deficity." Předchozí studie na zvířatech již ukazují tímto směrem.

Výzkumníci proto navrhují doplnit tradiční přístup MRI o kvantitativní měření. Z dlouhodobého hlediska by tato kombinace mohla tvořit základ pro modely mozku založené na energii: Namísto zobrazení aktivačních map založených na předpokladech o průtoku krve by budoucí analýzy mohly ukázat hodnoty, které naznačují, kolik kyslíku – a tedy energie – se skutečně spotřebuje ke zpracování informací. To otevírá nové perspektivy pro zkoumání – a přesnější pochopení – stárnutí, psychiatrických či neurodegenerativních onemocnění s ohledem na absolutní změny energetického metabolismu.

Zdroje: