I segnali MRI funzionali possono travisare la vera attività cerebrale

I segnali MRI funzionali possono travisare la vera attività cerebrale

I ricercatori dell’Università Tecnica di Monaco (TUM) e dell’Università Friedrich-Alexander Erlangen-Norimberga (FAU) hanno scoperto che un aumento del segnale fMRI è associato ad una ridotta attività cerebrale in circa il 40% dei casi. Allo stesso tempo, hanno osservato segnali fMRI ridotti nelle regioni con maggiore attività.

Ciò contraddice l’ipotesi di lunga data secondo cui l’aumento dell’attività cerebrale è sempre accompagnato da un aumento del flusso sanguigno per soddisfare le maggiori esigenze di ossigeno. Poiché decine di migliaia di studi fMRI in tutto il mondo si basano su questo presupposto, i nostri risultati potrebbero portare a interpretazioni opposte in molti di essi”.

Dott.ssa Samira Epp, prima autrice

Gli elementi del test rivelano deviazioni dall'interpretazione standard

Il dottor Valentin Riedl, ora professore alla FAU, e il suo collega Epp hanno esaminato più di 40 partecipanti sani durante la loro permanenza al TUM. A ciascuno sono stati assegnati diversi compiti sperimentali – come l’aritmetica mentale o il recupero di ricordi autobiografici – che sono noti per suscitare cambiamenti prevedibili nel segnale fMRI in regioni cerebrali distribuite. Durante questi esperimenti, i ricercatori hanno misurato simultaneamente il consumo effettivo di ossigeno utilizzando una nuova tecnica di risonanza magnetica quantitativa.

I risultati fisiologici variavano a seconda del compito e della regione del cervello. L’aumento del consumo di ossigeno – ad esempio nelle aree di calcolo – non è stato accompagnato dall’atteso aumento del flusso sanguigno. Piuttosto, le analisi quantitative hanno mostrato che queste regioni soddisfacevano il loro fabbisogno energetico aggiuntivo prelevando più ossigeno dall’afflusso sanguigno invariato. Ciò ha permesso loro di utilizzare l’ossigeno presente nel sangue in modo più efficiente senza la necessità di aumentare il flusso sanguigno.

Implicazioni per l'interpretazione dei disturbi cerebrali

Secondo Riedl, questi risultati influiscono anche sull'interpretazione dei risultati della ricerca sulle malattie del cervello: "Molti studi fMRI su malattie psichiatriche o neurologiche - dalla depressione all'Alzheimer - interpretano i cambiamenti nel flusso sanguigno come un segnale affidabile di sotto o sovraattivazione neuronale. Considerato il significato limitato di tali misurazioni, questo deve ora essere rivalutato. In particolare nei gruppi di pazienti con cambiamenti vascolari - ad esempio dovuti all'invecchiamento o a malattie vascolari - i valori misurati possono riflettere principalmente differenze vascolari e non neuronali. deficit." Precedenti studi sugli animali puntano già in questa direzione.

I ricercatori propongono quindi di integrare il tradizionale approccio MRI con misurazioni quantitative. A lungo termine, questa combinazione potrebbe costituire la base per modelli cerebrali basati sull’energia: invece di mostrare mappe di attivazione basate su ipotesi sul flusso sanguigno, le analisi future potrebbero mostrare valori che indicano quanto ossigeno – e quindi energia – viene effettivamente utilizzato per elaborare le informazioni. Ciò apre nuove prospettive per esaminare – e comprendere più precisamente – l’invecchiamento, le malattie psichiatriche o neurodegenerative per quanto riguarda i cambiamenti assoluti nel metabolismo energetico.

Fonti: