Funksjonelle MR-signaler kan feilrepresentere sann hjerneaktivitet

Funksjonelle MR-signaler kan feilrepresentere sann hjerneaktivitet

Forskere ved det tekniske universitetet i München (TUM) og Friedrich-Alexander-universitetet Erlangen-Nürnberg (FAU) fant at et økt fMRI-signal er assosiert med redusert hjerneaktivitet i rundt 40 prosent av tilfellene. Samtidig observerte de reduserte fMRI-signaler i regioner med økt aktivitet.

Dette motsier den langvarige antakelsen om at økt hjerneaktivitet alltid er ledsaget av økt blodstrøm for å møte høyere oksygenbehov. Siden titusenvis av fMRI-studier over hele verden er basert på denne antakelsen, kan resultatene våre føre til motsatte tolkninger i mange av dem."

Dr. Samira Epp, førsteforfatter

Testelementer avdekker avvik fra standardtolkningen

PD Dr. Valentin Riedl, nå professor ved FAU, og hans kollega Epp undersøkte mer enn 40 friske deltakere i løpet av deres tid ved TUM. Hver av dem ble gitt flere eksperimentelle oppgaver - for eksempel hoderegning eller å hente selvbiografiske minner - som er kjent for å fremkalle forutsigbare fMRI-signalendringer i distribuerte hjerneregioner. Under disse eksperimentene målte forskere samtidig det faktiske oksygenforbruket ved hjelp av en ny kvantitativ MR-teknikk.

De fysiologiske resultatene varierte avhengig av oppgaven og hjerneregionen. Økt oksygenforbruk – for eksempel i beregningsområdene – ble ikke ledsaget av forventet økning i blodstrømmen. Snarere viste de kvantitative analysene at disse regionene dekket deres ekstra energibehov ved å trekke ut mer oksygen fra den uendrede blodtilførselen. Dette gjorde at de kunne bruke oksygenet i blodet mer effektivt uten behov for økt blodstrøm.

Implikasjoner for tolkning av hjernesykdommer

I følge Riedl påvirker disse funnene også tolkningen av forskningsresultater på hjernesykdommer: "Mange fMRI-studier på psykiatriske eller nevrologiske sykdommer - fra depresjon til Alzheimers - tolker endringer i blodstrømmen som et pålitelig signal om nevronal under- eller overaktivering. Gitt den begrensede betydningen av slike målinger, må dette nå revurderes i vaskulære pasientgrupper eller vaskulære pasientgrupper. - de målte verdiene kan primært reflektere vaskulære forskjeller og ikke nevronale mangler." Tidligere dyrestudier peker allerede i denne retningen.

Forskerne foreslår derfor å komplementere den tradisjonelle MR-tilnærmingen med kvantitative målinger. På sikt kan denne kombinasjonen danne grunnlaget for energibaserte hjernemodeller: I stedet for å vise aktiveringskart basert på antakelser om blodstrøm, vil fremtidige analyser kunne vise verdier som indikerer hvor mye oksygen – og dermed energi – som faktisk brukes til å behandle informasjon. Dette åpner for nye perspektiver for å undersøke – og forstå mer presist – aldring, psykiatriske eller nevrodegenerative sykdommer med hensyn til absolutte endringer i energimetabolismen.

Kilder: