Функциональная МРТ (фМРТ) - один из главных инструментов, с помощью которых учёные наблюдают за работой мозга. Но машина видит не электрические сигналы нейронов, а изменение уровня кислорода в крови. Этот показатель называют BOLD-сигналом (blood-oxygenation-level-dependent - зависящий от насыщения крови кислородом).

Долгое время считалось: если BOLD-сигнал растёт, значит, участок мозга активнее работает. Логика такая: активным нейронам нужно больше энергии, притекает свежая кровь с кислородом, и снимок "светлеет". Если сигнал падает, область якобы отдыхает.

Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, показало, что эта связь работает не везде одинаково. Самира М. Эпп, Валентин Ридль и их коллеги из Мюнхенского технического университета и Университета Эрлангена - Нюрнберга провели эксперимент с участием 40 здоровых добровольцев.

Участники выполняли задания в томографе: считали в уме, вспоминали события из жизни, а также смотрели простые визуальные стимулы для сравнения. Учёные использовали количественную фМРТ - метод, который одновременно измеряет BOLD-сигнал, объём крови, её приток и то, сколько кислорода реально забирают ткани.

Результаты оказались неожиданными. Там, где BOLD-сигнал был положительным, классическая модель в среднем подтверждалась: приток крови рос, кислорода поступало с избытком. Но в зонах с отрицательным BOLD-сигналом потребление кислорода не снижалось, а иногда даже увеличивалось.

Особенно заметными расхождения стали на уровне вокселей - это крошечные трёхмерные "кубики", из которых состоит снимок. Примерно в 40% вокселей с сильным BOLD-ответом реальный обмен кислорода шёл в противоположную сторону. Такие участки исследователи назвали рассогласованными.

В них положительный BOLD-сигнал мог означать, что ткань потребляет меньше кислорода, чем в покое, а отрицательный - что больше. То есть по стандартной картинке можно было получить обратное представление о работе клеток почти в половине активных зон.

Авторы описали два механизма. В обычных зонах мозг резко увеличивает приток крови, и кислорода приходит больше, чем нужно, - отсюда яркий сигнал. В рассогласованных участках кровоток почти не меняется, но нейроны забирают больше кислорода из уже имеющейся крови. Из-за этого в ткани остаётся больше крови без кислорода, а она затемняет снимок.

Учёные подчёркивают: это не значит, что все прежние работы на фМРТ неверны. На широком, усреднённом уровне положительный BOLD-сигнал по-прежнему указывает на рост потребления кислорода. Но точное расположение и сила активности могут быть искажены, если не учитывать региональные различия кровотока.

У метода есть ограничения. Измерение общего объёма крови технически сложно, а расчёты обмена кислорода в основном проверены для серого вещества и плохо работают в белом. Кроме того, это корреляционное исследование: оно показывает статистическую связь, а не доказывает причинность.

Тем не менее авторы считают, что будущим работам стоит чаще использовать количественную фМРТ - особенно при изучении старения и сосудистых заболеваний, где кровоток может быть изменён.

Источник: PsyPost