Funktionella MRI-signaler kan felaktigt representera verklig hjärnaktivitet

Funktionella MRI-signaler kan felaktigt representera verklig hjärnaktivitet

Forskare vid Tekniska universitetet i München (TUM) och Friedrich-Alexander University Erlangen-Nürnberg (FAU) fann att en ökad fMRI-signal är associerad med minskad hjärnaktivitet i cirka 40 procent av fallen. Samtidigt observerade de minskade fMRI-signaler i regioner med ökad aktivitet.

Detta motsäger det långvariga antagandet att ökad hjärnaktivitet alltid åtföljs av ökat blodflöde för att möta högre syrebehov. Eftersom tiotusentals fMRI-studier över hela världen är baserade på detta antagande, kan våra resultat leda till motsatta tolkningar i många av dem."

Dr Samira Epp, första författare

Testobjekt visar avvikelser från standardtolkningen

PD Dr Valentin Riedl, nu professor vid FAU, och hans kollega Epp undersökte mer än 40 friska deltagare under sin tid på TUM. Var och en fick flera experimentella uppgifter - såsom huvudräkning eller att hämta självbiografiska minnen - som är kända för att framkalla förutsägbara fMRI-signalförändringar i distribuerade hjärnregioner. Under dessa experiment mätte forskare samtidigt den faktiska syreförbrukningen med hjälp av en ny kvantitativ MRI-teknik.

De fysiologiska resultaten varierade beroende på uppgift och hjärnregion. Ökad syreförbrukning – till exempel i beräkningsområdena – åtföljdes inte av den förväntade ökningen av blodflödet. Snarare visade de kvantitativa analyserna att dessa regioner mötte sina ytterligare energibehov genom att dra ut mer syre från den oförändrade blodtillförseln. Detta gjorde att de kunde använda det syre som finns i blodet mer effektivt utan behov av ökat blodflöde.

Implikationer för tolkningen av hjärnsjukdomar

Enligt Riedl påverkar dessa fynd även tolkningen av forskningsresultat om hjärnsjukdomar: "Många fMRI-studier på psykiatriska eller neurologiska sjukdomar - från depression till Alzheimers - tolkar förändringar i blodflödet som en tillförlitlig signal om neuronal under- eller överaktivering. Med tanke på den begränsade betydelsen av sådana mätningar behöver detta nu omvärderas i kärlsjukdomsgrupper för exempelvis vaskulära sjukdomsgrupper eller patientgrupper. - de uppmätta värdena kan i första hand reflektera vaskulära skillnader och inte neuronala underskott." Redan tidigare djurstudier pekar i denna riktning.

Forskarna föreslår därför att man kompletterar den traditionella MR-metoden med kvantitativa mätningar. På sikt kan denna kombination ligga till grund för energibaserade hjärnmodeller: Istället för att visa aktiveringskartor baserade på antaganden om blodflödet kan framtida analyser visa värden som indikerar hur mycket syre – och därmed energi – som faktiskt används för att bearbeta information. Detta öppnar för nya perspektiv för att undersöka – och förstå mer exakt – åldrande, psykiatriska eller neurodegenerativa sjukdomar med avseende på absoluta förändringar i energiomsättningen.

Källor: