Norėdami suprasti, kaip skirtingi smegenų regionai veikia kartu, mokslininkai naudoja metodą, vadinamą ramybės būsenos funkcinio magnetinio rezonanso tomografija (rsfMRI). Metodas matuoja smegenų veiklą stebint skirtingų smegenų dalių kraujotakos pokyčius; tačiau rsfMRT nepaaiškina, kaip šie kraujotakos pokyčiai į skirtingus smegenų regionus yra susiję su tuo, kas vyksta su smegenų neuronais – ląstelėmis, kurios siunčia ir priima pranešimus elektroninių signalų pavidalu.
Tyrėjų komanda, vadovaujama Nanyin Zhang, Dorothy Foehr Huck ir J. Lloydo Hucko smegenų vaizdavimo katedros ir Penn State biomedicinos inžinerijos profesoriaus, nusprendė atsakyti į šį klausimą. Jie neseniai žurnale paskelbė savo atradimus, padarytus pelėms eGyvenimas.
„Penn State News“ susitiko su Zhangu, kuris taip pat yra susijęs su elektros inžinerijos ir inžinerijos mokslo bei mechanikos skyriais, taip pat su Hucko gyvybės mokslų institutais, kad sužinotų daugiau apie jo išvadas.
Kaip veikia rsfMRI? Ką jis gali pasakyti tyrinėtojams ir kokie jo apribojimai?
Ramybės būsenos funkcinis magnetinio rezonanso vaizdavimas (rsfMRI) leidžia mokslininkams ištirti, kaip skirtingos smegenų dalys veikia kartu. Šis metodas mums parodo, kada skirtingos smegenų dalys veikia kartu, žiūrint į jų spontaniškus kraujotakos pokyčius. Šiuos suderintus modelius vadiname „ramybės būsenos smegenų tinklais“ (RSN).
Nors mes naudojame šiuos RSN daugelyje situacijų, mes vis dar visiškai nesuprantame, kaip šie kraujo tėkmės pokyčiai yra susiję su tuo, kas vyksta su nervų veikla smegenyse. Šių žinių trūkumas išryškina didelę mūsų supratimo apie funkcinius smegenų tinklus spragą.
Kaip sprendėte rsfMRI apribojimus?
Mes siekėme išspręsti klausimą, kaip RSN ir rsfMRI yra susiję su spontaniška nervų veikla. Mes naudojome metodą, apimantį tuo pačiu metu rsfMRI ir elektrofiziologijos signalų įrašymą, kuris tuo pačiu metu matuoja nervinį aktyvumą ir rsfMRI signalą iš tos pačios smegenų vietos.
Matuodami šiuos du signalus vienu metu, tikėjomės tiksliai išsiaiškinti, kaip spontaniški kraujotakos pokyčiai smegenyse yra susiję su nervine veikla.
Kokie buvo jūsų atradimai? Ką mums sako šis naujas supratimas apie „nematomą“ signalizaciją?
Mes nustatėme erdvinių ir laiko santykių skirtumus tarp elektrofiziologijos signalo, kuris tiesiogiai matuoja nervinį aktyvumą, ir rsfMRI signalo. Smegenų masto RSN ryšio erdvinius modelius, kuriuos atskleidžia rsfMRI signalas, galima apibendrinti elektrofiziologijos signalu. Tačiau šie du signalų tipai laikui bėgant nesutampa.
Šios iš pažiūros paradoksalios išvados rodo, kad yra elektrofiziologijos „nematomų signalų“, prisidedančių prie rsfMRI signalo, o tai išplečia įprastą požiūrį į nervinio aktyvumo ir rsfMRI signalo ryšį. Įprastas požiūris mano, kad elektrofiziologinis signalas yra didžiosios dalies rsfMRI signalo pagrindas, o mūsų rezultatai rodo, kad pagrindinis rsfMRI signalo šaltinis iš tikrųjų gali kilti iš elektrofiziologijos nematomo komponento.
Kokios yra šių išvadų reikšmės tiriant smegenis ir smegenų vaizdavimą?
Paprastai manoma, kad rsfMRI signalas gali būti paaiškintas naudojant elektrofiziologijos signalą. Galimybė, kad RSN gali atsirasti dėl elektrofiziologijos nematomos smegenų veiklos, kuri vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant rsfMRI signalus, rodo, kad mūsų supratimas apie rsfMRI signalo nervinį pagrindą, taigi ir RSN aiškinimas, gali būti netinkamas.
Todėl svarbu ir toliau tirti rsfMRI signalo nervinį pagrindą, kad įsitikintume, jog tiksliai interpretuojame smegenų veiklą.
Kaip rsfMRI su gyvūnais informuoja apie tyrimus su žmonėmis?
Tikėtina, kad gyvūnų rsfMRI nervinis mechanizmas yra toks pat kaip ir žmonių. Dabartinio tyrimo išvados gali turėti didelę transliacinę vertę žmogaus rsfMRI tyrimams.