Για σχεδόν τρεις δεκαετίες, η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI) υπήρξε ένα από τα κύρια εργαλεία στην έρευνα του εγκεφάλου. Ωστόσο, μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Neuroscience αμφισβητεί ριζικά τον τρόπο με τον οποίο τα δεδομένα fMRI έχουν ερμηνευτεί μέχρι στιγμής σε σχέση με τη νευρωνική δραστηριότητα.
Σύμφωνα με τα ευρήματα, δεν υπάρχει γενικά έγκυρη σύζευξη μεταξύ της περιεκτικότητας σε οξυγόνο που μετράται με μαγνητική τομογραφία και της νευρωνικής δραστηριότητας.
Ερευνητές στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) και στο Πανεπιστήμιο Friedrich-Alexander-Erlangen-Nuremberg (FAU) διαπίστωσαν ότι ένα αυξημένο σήμα fMRI σχετίζεται με μειωμένη εγκεφαλική δραστηριότητα σε περίπου 40% των περιπτώσεων. Ταυτόχρονα, παρατήρησαν μειωμένα σήματα fMRI σε περιοχές με αυξημένη δραστηριότητα.
Η πρώτη συγγραφέας, Δρ. Samira Epp, τονίζει: «Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την μακροχρόνια υπόθεση ότι η αυξημένη εγκεφαλική δραστηριότητα συνοδεύεται πάντα από αυξημένη ροή αίματος για την κάλυψη της υψηλότερης ζήτησης οξυγόνου. Δεδομένου ότι δεκάδες χιλιάδες μελέτες fMRI παγκοσμίως βασίζονται σε αυτήν την υπόθεση, τα αποτελέσματά μας θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε αντίθετες ερμηνείες σε πολλές από αυτές».
Τα τεστ αποκαλύπτουν αποκλίσεις από την τυπική ερμηνεία
Ο Δρ. Valentin Riedl, νυν καθηγητής στο FAU, και η συνάδελφός του Epp εξέτασαν περισσότερους από 40 υγιείς συμμετέχοντες κατά τη διάρκεια της παραμονής τους στο TUM. Σε κάθε έναν δόθηκαν διάφορα πειραματικά τεστ -όπως νοητική αριθμητική ή ανάκληση αυτοβιογραφικής μνήμης- τα οποία είναι γνωστό ότι παράγουν προβλέψιμες αλλαγές στο σήμα fMRI σε κατανεμημένες περιοχές του εγκεφάλου.
Κατά τη διάρκεια αυτών των πειραμάτων, οι ερευνητές μέτρησαν ταυτόχρονα την πραγματική κατανάλωση οξυγόνου χρησιμοποιώντας μια νέα ποσοτική τεχνική MRI.
Ανάλογα με την εργασία και την περιοχή του εγκεφάλου, τα φυσιολογικά αποτελέσματα ποικίλλουν. Η αυξημένη κατανάλωση οξυγόνου -για παράδειγμα σε περιοχές που εμπλέκονται στον υπολογισμό- δεν συνέπεσε με την αναμενόμενη αύξηση της ροής του αίματος.
Αντίθετα, οι ποσοτικές αναλύσεις έδειξαν ότι αυτές οι περιοχές ικανοποίησαν την πρόσθετη ενεργειακή τους ζήτηση εξάγοντας περισσότερο οξυγόνο από την αμετάβλητη παροχή αίματος. Έτσι, χρησιμοποίησαν το οξυγόνο που ήταν διαθέσιμο στο αίμα πιο αποτελεσματικά χωρίς να απαιτούν μεγαλύτερη αιμάτωση.
Επιπτώσεις για την ερμηνεία των εγκεφαλικών διαταραχών
Σύμφωνα με τον Riedl, αυτές οι γνώσεις επηρεάζουν επίσης την ερμηνεία των ερευνητικών ευρημάτων στις εγκεφαλικές διαταραχές.
“Πολλές μελέτες fMRI για ψυχιατρικές ή νευρολογικές ασθένειες -από την κατάθλιψη έως τη νόσο Αλτσχάιμερ- ερμηνεύουν τις αλλαγές στη ροή του αίματος ως αξιόπιστο σήμα νευρωνικής υπο- ή υπερ-ενεργοποίησης. Δεδομένης της περιορισμένης εγκυρότητας τέτοιων μετρήσεων, αυτό πρέπει τώρα να επανεκτιμηθεί. Ειδικά σε ομάδες ασθενών με αγγειακές αλλαγές -για παράδειγμα, λόγω γήρανσης ή αγγειακής νόσου- οι μετρούμενες τιμές μπορεί να αντικατοπτρίζουν κυρίως αγγειακές διαφορές παρά νευρωνικά ελλείμματα.
Προηγούμενες μελέτες σε ζώα δείχνουν ήδη προς αυτή την κατεύθυνση.
Επομένως, οι ερευνητές προτείνουν τη συμπλήρωση της συμβατικής προσέγγισης μαγνητικής τομογραφίας με ποσοτικές μετρήσεις. Μακροπρόθεσμα, αυτός ο συνδυασμός θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για ενεργειακά μοντέλα εγκεφάλου: αντί να δείχνουν χάρτες ενεργοποίησης που εξαρτώνται από υποθέσεις σχετικά με τη ροή του αίματος, οι μελλοντικές αναλύσεις θα μπορούσαν να εμφανίζουν τιμές που υποδεικνύουν πόσο οξυγόνο -και επομένως ενέργεια- καταναλώνεται στην πραγματικότητα για την επεξεργασία πληροφοριών.
Αυτό ανοίγει νέες προοπτικές για την εξέταση των γηρατειών, των ψυχιατρικών ή των νευροεκφυλιστικών ασθενειών όσον αφορά τις απόλυτες αλλαγές στον ενεργειακό μεταβολισμό – και για την ακριβέστερη κατανόησή τους.
Περισσότερες πληροφορίες: Samira M. Epp et al, BOLD signal changes can oppose oxygen metabolism across the human cortex, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02132-9.
