Ученые из Технического университета Мюнхена и Университета Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге показали, что сигнал функциональной МРТ не всегда говорит о том, что нейроны работают активнее. В статье, опубликованной в научном журнале, они описали случаи, когда рост сигнала совпадал со снижением активности мозга — и наоборот.
Функциональная МРТ десятилетиями строилась на простой модели — если участок мозга активируется, ему требуется больше кислорода, усиливается кровоток, а сигнал растет. Однако при анализе данных выяснилось, что примерно в 40% случаев эта связь нарушается. Усиление сигнала может сопровождаться снижением нейронной активности, а в активно работающих зонах сигнал, напротив, ослабевает.
В исследовании приняли участие более 40 здоровых добровольцев. Во время сканирования они выполняли типовые задания — устный счет и воспроизведение автобиографических воспоминаний. Эти задачи хорошо изучены и вызывают предсказуемые изменения активности в разных областях мозга. Одновременно с обычной фМРТ ученые применили количественный метод МРТ, который позволяет напрямую измерять потребление кислорода, а не делать выводы по изменению кровотока.
Результаты показали, что в ряде областей, особенно связанных с вычислениями, потребность в кислороде действительно возрастала, но приток крови оставался прежним. Вместо увеличения кровоснабжения мозг извлекал больше кислорода из уже поступающей крови — нейроны повышали эффективность использования энергии, не меняя объем кровотока.
Это важно для интерпретации данных фМРТ, особенно в клинических исследованиях. При депрессии, болезни Альцгеймера и других расстройствах изменения сигнала часто трактуют как прямой показатель ослабленной или избыточной нейронной активности. Но если на сигнал влияют возрастные или сосудистые изменения, он может отражать особенности кровоснабжения, а не работу нейронов.
Авторы предлагают дополнять классическую фМРТ количественными измерениями. Такой подход позволяет оценивать не просто распределение кровотока, а реальное потребление кислорода — и, значит, энергии. В перспективе это дает более точный инструмент для изучения старения мозга и неврологических заболеваний, основанный на реальных энергетических затратах, а не косвенных сигналах.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что COVID-19 изменяет работу мозга у людей.
