Funkcjonalne sygnały MRI mogą błędnie odzwierciedlać prawdziwą aktywność mózgu

Funkcjonalne sygnały MRI mogą błędnie odzwierciedlać prawdziwą aktywność mózgu

Naukowcy z Politechniki w Monachium (TUM) i Uniwersytetu Fryderyka Aleksandra w Erlangen-Norymberdze (FAU) odkryli, że w około 40 procentach przypadków zwiększony sygnał fMRI wiąże się ze zmniejszoną aktywnością mózgu. Jednocześnie zaobserwowali zmniejszone sygnały fMRI w obszarach o zwiększonej aktywności.

Jest to sprzeczne z długoletnim założeniem, że zwiększonej aktywności mózgu zawsze towarzyszy zwiększony przepływ krwi w celu zaspokojenia większego zapotrzebowania na tlen. Ponieważ dziesiątki tysięcy badań fMRI na całym świecie opiera się na tym założeniu, nasze wyniki mogą w wielu z nich prowadzić do przeciwnych interpretacji”.

Dr Samira Epp, pierwsza autorka

Pozycje testowe ujawniają odchylenia od interpretacji standardowej

PD dr Valentin Riedl, obecnie profesor na FAU, i jego kolega Epp przebadali w czasie pobytu w TUM ponad 40 zdrowych uczestników. Każdemu z nich przydzielono kilka zadań eksperymentalnych – takich jak arytmetyka mentalna lub odzyskiwanie wspomnień autobiograficznych – które, jak wiadomo, wywołują przewidywalne zmiany sygnału fMRI w rozproszonych obszarach mózgu. Podczas tych eksperymentów badacze jednocześnie mierzyli rzeczywiste zużycie tlenu za pomocą nowatorskiej ilościowej techniki MRI.

Wyniki fizjologiczne różniły się w zależności od zadania i regionu mózgu. Zwiększonemu zużyciu tlenu – np. w obszarach obliczeniowych – nie towarzyszył oczekiwany wzrost przepływu krwi. Analizy ilościowe wykazały raczej, że regiony te zaspokajały swoje dodatkowe potrzeby energetyczne, pobierając więcej tlenu z niezmienionego dopływu krwi. Pozwoliło im to efektywniej wykorzystać tlen obecny we krwi, bez konieczności zwiększania przepływu krwi.

Implikacje dla interpretacji zaburzeń mózgu

Według Riedla odkrycia te wpływają również na interpretację wyników badań nad chorobami mózgu: „Wiele badań fMRI dotyczących chorób psychicznych lub neurologicznych – od depresji po chorobę Alzheimera – interpretuje zmiany w przepływie krwi jako wiarygodny sygnał niedostatecznej lub nadmiernej aktywacji neuronów. Biorąc pod uwagę ograniczone znaczenie takich pomiarów, należy to teraz ponownie ocenić. Szczególnie w grupach pacjentów ze zmianami naczyniowymi – na przykład z powodu starzenia się lub chorób naczyniowych – zmierzone wartości mogą odzwierciedlać przede wszystkim różnice naczyniowe, a nie neuronalne. deficyty.” Poprzednie badania na zwierzętach już wskazywały w tym kierunku.

Dlatego badacze proponują uzupełnienie tradycyjnego podejścia MRI pomiarami ilościowymi. W dłuższej perspektywie to połączenie może stanowić podstawę dla modeli mózgu opartych na energii: zamiast pokazywać mapy aktywacji oparte na założeniach dotyczących przepływu krwi, przyszłe analizy mogą wykazać wartości wskazujące, ile tlenu – a co za tym idzie – energii – faktycznie wykorzystuje się do przetwarzania informacji. Otwiera to nowe perspektywy badania – i dokładniejszego zrozumienia – chorób związanych ze starzeniem się, chorobami psychicznymi czy neurodegeneracyjnymi pod kątem bezwzględnych zmian w metabolizmie energetycznym.

Źródła: