Tylko 60 proc. sygnału MRI odpowiada aktywności mózgu

Naukowcy z Niemiec i USA odkryli, że wzmożony sygnał fMRI jest w około 40 proc. przypadków związany ze zmniejszoną aktywnością mózgu. Jednocześnie zaobserwowali obniżone sygnały fMRI w obszarach o podwyższonej aktywności. Odkrycie opublikowane na łamach „Nature Neuroscience” postawiło pod znakiem zapytania wyniki wielu badań, które opierały się na założeniu, że zwiększonej aktywności mózgu zawsze towarzyszy zwiększony przepływ krwi.

Pierwsza autorka publikacji, dr Samira Epp z Uniwersytetu Fryderyka Aleksandra w Erlangen-Norymberdze (FAU), podkreśla, iż „jest to sprzeczne z długoletnim założeniem, że zwiększonej aktywności mózgu zawsze towarzyszy zwiększony przepływ krwi w celu zaspokojenia wyższego zapotrzebowania na tlen. Ponieważ dziesiątki tysięcy badań fMRI na całym świecie opierają się na tym założeniu, nasze wyniki mogą prowadzić do przeciwnych interpretacji w wielu z nich”.

Prof. dr Valentin Riedl, obecnie profesor na FAU, oraz dr Epp przebadali ponad 40 zdrowych osób. Każdej z nich polecono wykonanie kilku eksperymentalnych zadań – takich jak obliczenia w pamięci czy przywoływanie wspomnień autobiograficznych – które, jak wiadomo, powodują przewidywalne zmiany sygnału fMRI w rozproszonych obszarach mózgu. Podczas tych eksperymentów naukowcy jednocześnie mierzyli rzeczywiste zużycie tlenu za pomocą nowatorskiej techniki ilościowego MRI.

Wnioski naukowców wpływają na interpretację wyników badań nad zaburzeniami działania mózgu

W zależności od zadania i obszaru mózgu, fizjologiczne wyniki były zróżnicowane. Zwiększone zużycie tlenu – na przykład w obszarach zaangażowanych w obliczenia – nie pokrywało się z oczekiwanym wzrostem przepływu krwi. Analizy ilościowe wykazały natomiast, że obszary te zaspokajały swoje dodatkowe zapotrzebowanie na energię, pobierając więcej tlenu z niezmienionego dopływu krwi. W ten sposób efektywniej wykorzystywały tlen dostępny we krwi, bez konieczności zwiększenia jej przepływu.

Według Riedla wnioski te wpływają również na interpretację wyników badań nad zaburzeniami działania mózgu.

– Wiele badań fMRI dotyczących chorób psychicznych lub neurologicznych – od depresji po chorobę Alzheimera – interpretuje zmiany przepływu krwi jako wiarygodny sygnał niedoczynności lub nadczynności neuronów. Biorąc pod uwagę ograniczoną trafność takich pomiarów, należy to teraz ponownie ocenić. Szczególnie w grupach pacjentów ze zmianami naczyniowymi – na przykład spowodowanymi starzeniem się lub chorobami naczyniowymi – zmierzone wartości mogą odzwierciedlać przede wszystkim różnice naczyniowe, a nie deficyty neuronów – mówi.

Naukowcy proponują uzupełnienie konwencjonalnego podejścia MRI pomiarami ilościowymi

W dłuższej perspektywie takie połączenie mogłoby stanowić podstawę modeli mózgu opartych na energii: zamiast przedstawiać mapy aktywacji zależne od założeń dotyczących przepływu krwi, przyszłe analizy mogłyby wyświetlać wartości wskazujące, ile tlenu – a tym samym energii –  faktycznie zużywa się na przetwarzanie informacji. Otwiera to nowe perspektywy badania chorób związanych ze starzeniem się, chorobami psychicznymi lub neurodegeneracyjnymi w kontekście bezwzględnych zmian metabolizmu energetycznego – i ich dokładniejszego zrozumienia.

Przeczytaj także: „Czy MRI realnie przewiduje progresję niesprawności w SM?”.