Widoczne na typowych obrazach mózgu z rezonansu magnetycznego (MRI) nasilenie przepływu krwi nie jest zbyt wiarygodnym wskaźnikiem zapotrzebowania energetycznego mózgu – tylko 60 proc. sygnału MRI odpowiada jego rzeczywistej aktywności – informuje “Nature Neuroscience”.
Naukowcy z Niemiec i USA odkryli, iż wzmożony sygnał fMRI jest w około 40 proc. przypadków związany ze zmniejszoną aktywnością mózgu. Jednocześnie zaobserwowali obniżone sygnały fMRI w obszarach o podwyższonej aktywności. Cytowana w materiałach prasowych pierwsza autorka publikacji, dr Samira Epp z Uniwersytetu Fryderyka Aleksandra w Erlangen-Norymberdze podkreśla, iż „jest to sprzeczne z długoletnim założeniem, iż 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 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 dzięki nowatorskiej techniki ilościowego MRI. 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, iż 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 prof. 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”.
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 – jest faktycznie zużywane 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.
(Paweł Wernicki, PAP)
