Functionele MRI-signalen kunnen de werkelijke hersenactiviteit verkeerd weergeven

Functionele MRI-signalen kunnen de werkelijke hersenactiviteit verkeerd weergeven

Onderzoekers van de Technische Universiteit van München (TUM) en de Friedrich-Alexander Universiteit Erlangen-Neurenberg (FAU) ontdekten dat een verhoogd fMRI-signaal in ongeveer 40 procent van de gevallen geassocieerd is met verminderde hersenactiviteit. Tegelijkertijd observeerden ze verminderde fMRI-signalen in regio's met verhoogde activiteit.

Dit is in tegenspraak met de al lang bestaande veronderstelling dat verhoogde hersenactiviteit altijd gepaard gaat met een verhoogde bloedstroom om aan de hogere zuurstofbehoefte te voldoen. Omdat tienduizenden fMRI-onderzoeken wereldwijd op deze veronderstelling zijn gebaseerd, zouden onze resultaten in veel van deze onderzoeken tot tegengestelde interpretaties kunnen leiden.”

Dr. Samira Epp, eerste auteur

Testitems brengen afwijkingen van de standaardinterpretatie aan het licht

PD Dr. Valentin Riedl, nu professor bij FAU, en zijn collega Epp onderzochten meer dan 40 gezonde deelnemers tijdens hun tijd bij TUM. Ieder kreeg verschillende experimentele taken – zoals hoofdrekenen of het ophalen van autobiografische herinneringen – waarvan bekend is dat ze voorspelbare fMRI-signaalveranderingen in gedistribueerde hersengebieden opwekken. Tijdens deze experimenten maten onderzoekers tegelijkertijd het daadwerkelijke zuurstofverbruik met behulp van een nieuwe kwantitatieve MRI-techniek.

De fysiologische resultaten varieerden afhankelijk van de taak en het hersengebied. Een verhoogd zuurstofverbruik – bijvoorbeeld in de rekengebieden – ging niet gepaard met de verwachte toename van de bloedstroom. Uit de kwantitatieve analyses bleek eerder dat deze regio's in hun extra energiebehoefte voorzagen door meer zuurstof uit de onveranderde bloedtoevoer te onttrekken. Hierdoor konden ze de zuurstof in het bloed efficiënter gebruiken zonder dat er een verhoogde bloedstroom nodig was.

Implicaties voor de interpretatie van hersenaandoeningen

Volgens Riedl hebben deze bevindingen ook invloed op de interpretatie van onderzoeksresultaten over hersenziekten: “Veel fMRI-onderzoeken naar psychiatrische of neurologische ziekten – van depressie tot de ziekte van Alzheimer – interpreteren veranderingen in de bloedstroom als een betrouwbaar signaal van neuronale onder- of overactivatie. Gezien de beperkte betekenis van dergelijke metingen moet dit nu opnieuw worden geëvalueerd. Vooral bij patiëntengroepen met vasculaire veranderingen – bijvoorbeeld als gevolg van veroudering of vaatziekten – kunnen de gemeten waarden vooral vasculaire verschillen weerspiegelen en niet neuronale tekorten.” Eerdere dierstudies wijzen al in deze richting.

De onderzoekers stellen daarom voor om de traditionele MRI-aanpak aan te vullen met kwantitatieve metingen. Op de lange termijn zou deze combinatie de basis kunnen vormen voor op energie gebaseerde hersenmodellen: in plaats van activeringskaarten te tonen op basis van aannames over de bloedstroom, zouden toekomstige analyses waarden kunnen laten zien die aangeven hoeveel zuurstof – en dus energie – daadwerkelijk wordt gebruikt om informatie te verwerken. Dit opent nieuwe perspectieven om verouderings-, psychiatrische of neurodegeneratieve ziekten te onderzoeken – en nauwkeuriger te begrijpen – met betrekking tot absolute veranderingen in het energiemetabolisme.

Bronnen: