Funktionaaliset MRI-signaalit voivat antaa väärän kuvan aivojen todellisesta toiminnasta

Funktionaaliset MRI-signaalit voivat antaa väärän kuvan aivojen todellisesta toiminnasta

Münchenin teknisen yliopiston (TUM) ja Friedrich-Alexanderin yliopiston Erlangen-Nürnbergin (FAU) tutkijat havaitsivat, että lisääntynyt fMRI-signaali liittyy aivojen alentuneeseen toimintaan noin 40 prosentissa tapauksista. Samaan aikaan he havaitsivat vähentyneitä fMRI-signaaleja alueilla, joilla oli lisääntynyt aktiivisuus.

Tämä on ristiriidassa sen pitkäaikaisen oletuksen kanssa, jonka mukaan lisääntyneeseen aivotoimintaan liittyy aina lisääntynyt verenvirtaus korkeampien happitarpeiden täyttämiseksi. Koska kymmenet tuhannet fMRI-tutkimukset maailmanlaajuisesti perustuvat tähän olettamukseen, tuloksemme voivat johtaa monissa päinvastaisiin tulkintoihin."

Tri Samira Epp, ensimmäinen kirjoittaja

Testikohteet paljastavat poikkeamia standardin tulkinnasta

PD Dr. Valentin Riedl, nyt professori FAU:ssa, ja hänen kollegansa Epp tutkivat yli 40 tervettä osallistujaa heidän työaikansa aikana TUM:ssa. Jokaiselle annettiin useita kokeellisia tehtäviä - kuten mielenlaskenta tai omaelämäkerrallisten muistojen hakeminen -, joiden tiedetään saavan aikaan ennustettavia fMRI-signaalin muutoksia hajautetuilla aivoalueilla. Näiden kokeiden aikana tutkijat mittasivat samanaikaisesti todellista hapenkulutusta käyttämällä uutta kvantitatiivista MRI-tekniikkaa.

Fysiologiset tulokset vaihtelivat tehtävän ja aivoalueen mukaan. Lisääntyneeseen hapenkulutukseen – esimerkiksi laskenta-alueilla – ei liittynyt odotettua verenkierron lisääntymistä. Pikemminkin kvantitatiiviset analyysit osoittivat, että nämä alueet täyttivät lisäenergiantarpeensa vetämällä enemmän happea muuttumattomasta verenkierrosta. Tämä antoi heille mahdollisuuden käyttää veressä olevaa happea tehokkaammin ilman, että verenkiertoa oli lisättävä.

Vaikutukset aivosairauksien tulkintaan

Riedlin mukaan nämä havainnot vaikuttavat myös aivosairauksien tutkimustulosten tulkintaan: "Monet fMRI-tutkimukset psykiatrisista tai neurologisista sairauksista - masennuksesta Alzheimerin tautiin - tulkitsevat verenkierron muutokset luotettavaksi signaaliksi hermosolujen ali- tai yliaktivaatiosta. Tällaisten mittausten rajallisen merkityksen vuoksi tämä on nyt arvioitava uudelleen. Erityisesti verisuonitautien - tai ikääntymisryhmien mittausarvojen vuoksi voivat ensisijaisesti heijastaa verisuonieroja eikä hermosolujen puutteita." Aiemmat eläintutkimukset osoittavat jo tähän suuntaan.

Siksi tutkijat ehdottavat perinteisen MRI-lähestymistavan täydentämistä kvantitatiivisilla mittauksilla. Pitkällä aikavälillä tämä yhdistelmä voisi muodostaa perustan energiapohjaisille aivomalleille: Sen sijaan, että näyttäisivät aktivointikarttoja, jotka perustuvat verenvirtausta koskeviin oletuksiin, tulevat analyysit voisivat näyttää arvoja, jotka osoittavat kuinka paljon happea - ja siten energiaa - todella käytetään tietojen käsittelyyn. Tämä avaa uusia näkökulmia tutkia – ja ymmärtää tarkemmin – ikääntymisen, psykiatristen tai hermostoa rappeuttavien sairauksien energia-aineenvaihdunnan absoluuttisten muutosten suhteen.

Lähteet: