Menu

Czy czytanie w myślach jest możliwe? Obrazowanie metodami MRI i fMRI

Ilustracja tytułowa: rezonans magnetyczny - czy czytanie w myślach jest możliwe?

Nie wiem, jak często zastanawiacie się nad tym, co tak naprawdę sprawiło, że jeszcze sto lat temu niewiele wiedzieliśmy na temat funkcjonowania mózgu, a teraz możemy zobaczyć, jak on działa… Ja dość często. I oprócz zaawansowanych eksperymentów neurobiologicznych, czy analiz post-mortem, uważam, że jednymi z filarów są właśnie techniki obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (w skrócie: rezonans magnetyczny, ang. magnetic resonanse imaging; MRI). Początki rozwoju tej technologii datuje się na lata 70. i 80. ubiegłego wieku.

Moim zdaniem, najistotniejszym faktem dotyczącym MRI jest jego nieinwazyjność. W tomografii komputerowej, o której pisałam tydzień temu, dużym problemem wiążącym się z diagnozą jest szkodliwe promieniowanie X, czyli promieniowanie rentgenowskie. Natomiast w neuroobrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego szkodliwych skutków ubocznych nie ma. O takiej metodzie mówi się, że jest nieinwazyjna. Jedyny problem z MRI mogą mieć osoby z metalowymi implantami i w zależności od metalu, rezonans może być odradzany.

Rezonans magnetyczny - skan ze sztucznie nałożonymi kolorami, pseudokolor
Skany mózgu wykonane metodą MRI są zazwyczaj czarno-białe, a większość kolorowych zdjęć ma kolory nałożone sztucznie, już po wykonaniu badania.

JAK DZIAŁA REZONANS MAGNETYCZNY?

W neuronauce, rezonans magnetyczny opiera się na tym, jak atomy wodoru w mózgu reagują na duże zmiany energetyczne w silnym polu magnetycznym. Jako że atomy te znajdują się w tłuszczu i wodzie – jest ich w naszych mózgach pełno. Protony wodoru mogą zostać wzbudzone, a dzieje się to za pomocą fal elektromagnetycznych w postaci np. fal radiowych. Dzięki tym falom, protony absorbują energię i wchodzą na wyższy poziom energetyczny. Gdy źródło fal radiowych zostaje wyłączone, protony zmieniają stan energetyczny z powrotem na niższy, a przy tej zmianie generują właściwy dla siebie sygnał elektromagnetyczny o określonej częstotliwości.

To „włączanie” i „wyłączanie” fal radiowych ma miejsce wielokrotnie, na wielu płaszczyznach, a sygnał ten zostaje wykryty poprzez detektory i przesyłany jest potem do komputera. Za pomocą rekonstrukcji, czyli odkodowania, sygnał zamieniany jest na mapę mózgu w wielu płaszczyznach. Ta metoda pozwala na mapowanie w bardzo dużej dokładności, choć zależy to od mocy sprzętu – jak można się domyślić, są lepsze i gorsze maszyny. Opisana przeze mnie powyżej metoda działania MRI nie jest jedyną, ale raczej jest najpowszechniejsza.

ZASTOSOWANIE MRI W BADANIACH

Dzięki rezonansowi magnetycznemu można diagnozować m.in takie jednostki chorobowe jak:

  • Choroba Alzheimera
  • Stwardnienie rozsiane
  • Nowotwory mózgu

Skan MRI porównawczy osoby zdrowej i chorej na chorobę Alzheimera

Rezonans magnetyczny - skan, choroba Alzheimera
Źródło: Montenegro J., 2018

Skan MRI porównawczy osoby zdrowej i chorej na stwardnienie rozsiane 

Rezonans magnetyczny - skan, stwardnienie rozsiane
Źródło: Bakshi R., 2005

Skan MRI przerzutowego guza mózgu

Rezonans magnetyczny - skan, przerzutowy guz mózgu
Źródło: Paek S.L., 2013

FUNKCJONALNY REZONANS MAGNETYCZNY

Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (ang. functional magnetic resonance imaging; fMRI) jest to podtyp MRI, którego celem jest pokazanie nie tyle anatomii, co fizjologii mózgu… czyli poniekąd można powiedzieć, że celem jest czytanie w myślach w celach naukowych – żeby dowiedzieć się, co tam się w naszej głowie dzieje podczas różnych sytuacji. Ta wyspecjalizowana gałąź neuroobrazowania ma z kolei swoje początki już w roku 1890, co brzmi nieprawdopodobnie. Ale już wtedy powiązano aktywność komórek nerwowych z ich większymi zapotrzebowaniami metabolicznymi.

JAK DZIAŁA FUNKCJONALNY REZONANS MAGNETYCZNY?

Funkcjonalny rezonans magnetyczny opiera się na tym, że neurony, które zaczynają być aktywne, mają większe zapotrzebowanie na tlen. Układ krwionośny spieszy z pomocą – kieruje zwiększony napływ krwi do obszarów aktywnych, dzięki czemu obszary te wysyłają zmieniony sygnał elektromagnetyczny, który może być komputerowo analizowany w czasie rzeczywistym. fMRI umożliwia obserwowanie zmieniającej się elektrycznej aktywności mózgu, co daje ogromny potencjał badawczy.

ZASTOSOWANIE fMRI W BADANIACH

Funkcjonalne badania za pomocą fMRI dają szerokie pole do popisu badaczom – można zaprojektować ogrom eksperymentów, podczas których nieinwazyjnie bada się wpływ pewnych sytuacji i wydarzeń na pracę mózgu człowieka. Tak, jest to niesamowicie przydatne, gdyż mimo wszystko, większość badań w neuro-świecie jest przeprowadzanych na zwierzętach, a nie daje to bezpośredniego przełożenia na gatunek ludzki.

Żeby przytoczyć Wam przykład badań neuronaukowych przy użyciu fMRI na polskich uniwersytetach, weszłam na stronę Narodowego Centrum Nauki i sprawdziłam, jakie projekty są lub były realizowane. Oto badanie, które przykuło moją uwagę najbardziej.

Poczucie humoru w schizofrenii – charakterystyka neuronalnych podstaw procesów związanych z deficytami rozumienia humoru u osób cierpiących na psychozy schizofreniczne.

Doktor Przemysław Adamczyk z Uniwersytetu Jagiellońskiego przeprowadził badania, których celem było poznanie mechanizmów mózgowych odpowiedzialnych za odmienne poczucie humoru i inne przetwarzanie dowcipów u osób ze schizofrenią. Dzięki technologii fMRI, naukowcy mogli obserwować, co się dzieje w mózgu podczas czytania dowcipów. Badacze wykazali, że podczas przetwarzania tych treści, osoby chorujące na schizofrenię, w porównaniu do osób zdrowych, mają mniejszą aktywność kilku obszarów mózgu, w tym kory czołowej i skroniowej, co było bezpośrednio powiązane z postrzeganiem dowcipów jako mniej zabawne lub mniej zrozumiałe oraz z dłuższym czasem reakcji na nie.

Zaskakujące badania

Przy użyciu fMRI naukowcy również badają wiele zjawisk, o których nikt by nie pomyślał w kontekście badań naukowych. No bo to przecież nauka! Jak tak można badać tematy tabu NA UNIWERSYTECIE?! Oto kilka przykładów użycia fMRI ze sfery tabu do zbadania, jak działa mózg (wraz z linkami do artykułów, w których zostały opisane).

AKTYWNOŚĆ NEURONÓW U MARTWEGO ŁOSOSIA

Na koniec, w ramach dodania nutki goryczy, chcę wspomnieć o tym, że parę lat temu okazało się, że w wielu oprogramowaniach fMRI był błąd, przez który wyniki częściej niż w rzeczywistości wydawały się ze sobą powiązane. Przykładem tego błędu były głośne badania, w których naukowcy „wykazali” statystycznie istotną aktywność neuronalną u… martwego łososia! To był ważny moment dla świata neuronauk, gdyż skłonił badaczy do większego zastanowienia się nad analizą danych i poprawnością technologiczną. Tym miłym akcentem kończę dzisiejszy post 😉 Za tydzień opiszę Wam coś z „mojej” działki, czyli… rytmy w mózgu i EEG. Dowiecie się, jak aktywny jest nasz mózg podczas snu, medytacji, czy podczas dużego skupienia. W międzyczasie nie zapomnijcie wpaść na neuronaukowego Instagrama!

No Comments

    Leave a Reply