Poprzez znaczne zwiększenie szybkości funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), naukowcy finansowani przez National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering(NIBIB) byli w stanie szybko obrazować zmieniającą się aktywność mózgu podczas myślenia człowieka. fMRI mierzy zmiany natlenienia krwi, które wcześniej uważano za zbyt powolne, aby wykryć subtelną aktywność neuronów związaną z wyższym rzędem funkcjonowania mózgu. Nowe odkrycie, mówiące że szybkie fMRI wykrywa gwałtowne oscylacje mózgu jest znaczącym krokiem w kierunku realizacji centralnego celu badań neurologicznych: odwzorowania sieci mózgowych odpowiedzialnych za funkcje poznawcze człowieka, takich jak percepcja, uwaga i świadomość.

„Głównym celem inicjatywy BRAIN jest przeniesienie neurologii do nowej dziedziny wiedzy, w której możemy identyfikować i śledzić funkcjonowanie sieci neuronowych nieinwazyjnie", wyjaśnia dr Guoying Liu, dyrektor programu NIBIB w Magnetic Resonance Imaging. „Ta praca pokazuje potencjał fMRI do mapowania sieci neuronowych, zarówno zdrowych, jak i tych, które mogą przyczyniać się do chorób neurologicznych, takich jak demencja i innych zaburzeń zdrowia psychicznego, które są znaczącymi krajowymi i globalnymi problemami zdrowotnymi."

fMRI działa przez wykrywanie lokalnych wzrostów utlenowania krwi, która jest dostarczana do części roboczej mózgu. Technika ta jest stosowana do określenia, które obszary w mózgu pełnią funkcję sterującą, takimi zmysłami jak wzrok, słuch, lub dotyk. Jednakże standardowe fMRI może wykrywać tylko przepływ krwi pochodzący z obszaru mózgu dopiero kilka sekund po spełnieniu ich funkcji. Powszechnie przyjmuje się, że wartością graniczną, która może być wykryta przez fMRI – jest identyfikacja regionu mózgu, który odpowiedział na duży bodziec, taki jak ciągły 30-sekundowy „wybuch" jasnego światła.

Łącząc kilka nowych technik, dr Jonathan R. Polimeni, główny autor badania, i jego koledzy z Harvard Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, zastosowali szybki fMRI w celu śledzenia sieci neuronalnych, które kontrolują procesy myślowe człowieka i stwierdzili, że mogą teraz zmierzyć gwałtownie oscylującą aktywność mózgu. Wyniki tej przełomowej pracy podano w październiku 2016 w wydaniu „Proceedings of National Academy of Sciences".

Naukowcy wykorzystali szybki fMRI u ochotników, obserwujących dynamicznie zmieniający się wzór szachownicy. Szybki fMRI był w stanie wykryć subtelne i bardzo gwałtowne wahania w przepływie krwi w mózgu kory wzrokowej mózgu w czasie, gdy ochotnicy obserwowali zmieniający się wzór.

„Oscylacyjny wzór szachownicy jest bardziej „naturalistycznym" bodźcem, ponieważ jego czas trwania jest podobny do bardzo subtelnych drgań neuronowych, mających miejsce podczas normalnych procesów myślowych", wyjaśnia Polimeni. "Szybki fMRI wykrywa wywołane drgania neuronowe mózgu, które pozwalają zrozumieć, co oko obserwuje- zmieniający się wzór szachownicy Te delikatne drgania były całkowicie niewykrywalne ze standardowym fMRI. Ten ekscytujący wynik otwiera możliwość korzystania z szybkiego fMRI do uzyskania obrazu neuronowych sieci, które prowadzą proces myśli ludzkiej. "

Jedną z takich możliwości jest sugestia podana przez pierwszego autora badania- dr Laura D. Lewisa. „Technika ta daje możliwość opracowania metody uzyskiwania znacznie bardziej szczegółowych informacji o złożonej aktywności mózgu, która ma miejsce w czasie snu, a także w innych dynamicznych przełączeniach stanów mózgu, takich jak przy znieczuleniu i podczas halucynacji."

Polimeni dodaje na koniec: „Zawsze uważano, że fMRI ma potencjał do odegrania ważnej roli w tego typu badaniach. Znaczący postęp w neurobiologii poznawczej zależy od sposobu mapowania aktywności mózgu, które stale i szybko zmieniają się wraz z każdym nowym doświadczeniem, które mamy. Tak więc jesteśmy bardzo podekscytowani, że nasze prace znacząco przyczyniają się do osiągnięcia tego celu."

Źródło: sciencedaily.com