Mozak je neverovatno složen i aktivan organ koji koristi električnu energiju i hemikalije za prenos i prijem signala između svojih podregiona.
Istraživači su istraživali različite tehnologije za direktno ili indirektno merenje ovih signala kako bi saznali više o mozgu. Funkcionalna magnetna rezonanca (fMRI), na primer, omogućava im da otkriju moždanu aktivnost preko promena u vezi sa protokom krvi.
Dr Jen-Ju Ian Ši, profesor neurologije i pomoćnik direktora UNC-ovog Biomedicinskog istraživačkog centra za snimanje, i njegovi kolege članovi laboratorije dugo su bili znatiželjni o tome kako neurohemikalije u mozgu regulišu i utiču na neuralnu aktivnost, protok krvi, a potom , fMRI merenje u mozgu. Nova studija laboratorije potvrdila je njihove sumnje da tumačenje fMRI nije tako jednostavno kao što se čini.
„Neurohemijska signalizacija krvnim sudovima se ređe razmatra kada se tumače fMRI podaci“, rekao je Shih, koji takođe vodi Centar za MRI životinja. „U našoj studiji o modelima glodara, pokazali smo da neurohemikalije, osim njihovih dobro poznatih signalnih akcija na tipične moždane ćelije, takođe signaliziraju krvnim sudovima, a to bi moglo imati značajan doprinos fMRI merenjima.“
Njihovi nalazi, objavljeni u Nature Communications, omogućeni su instalacijom i nadogradnjom dva sistema MRI za životinje od 9,4 Tesle i sistema za ljudske MRI od 7 Tesla u Centru za biomedicinska istraživanja.
Kada se aktivnost neurona poveća u određenom regionu mozga, protok krvi i nivoi kiseonika se povećavaju u tom području, obično proporcionalno snazi neuronske aktivnosti. Istraživači su odlučili da iskoriste ovaj fenomen u svoju korist i na kraju su razvili fMRI tehnike za otkrivanje ovih promena u mozgu.
Godinama je ova metoda pomagala istraživačima da bolje razumeju funkciju mozga i uticala na njihovo znanje o ljudskoj spoznaji i ponašanju. Nova studija iz Shihove laboratorije, međutim, pokazuje da se ova dobro uspostavljena neuro-vaskularna veza ne primenjuje na ceo mozak jer se tipovi ćelija i neurohemikalije razlikuju u različitim delovima mozga.
Šihov tim se fokusirao na striatum, region duboko u mozgu uključen u kogniciju, motivaciju, nagradu i senzomotornu funkciju, kako bi identifikovao načine na koje određene neurohemikalije i tipovi ćelija u regionu mozga mogu uticati na fMRI signale.
Za njihovu studiju, Shihova laboratorija je kontrolisala neuronsku aktivnost u mozgu glodara koristeći tehniku zasnovanu na svetlosti, dok je merila električne, optičke, hemijske i vaskularne signale kako bi pomogla u tumačenju fMRI podataka. Istraživači su zatim manipulisali hemijskom signalizacijom mozga ubrizgavanjem različitih lekova u mozak i procenili kako lekovi utiču na fMRI odgovore.
Otkrili su da je u nekim slučajevima neuralna aktivnost u striatumu porasla, ali su se krvni sudovi suzili, uzrokujući negativne fMRI signale. Ovo je povezano sa unutrašnjom opioidnom signalizacijom u striatumu. Suprotno tome, kada je druga neurohemikalija, dopamin, dominirala signalizacijom u striatumu, signali fMRI su bili pozitivni.
„Identifikovali smo nekoliko slučajeva u kojima fMRI signali u striatumu mogu izgledati sasvim drugačije od očekivanog“, rekao je Shih. „Važno je imati na umu osnovnu neurohemijsku signalizaciju koja može paralelno uticati na krvne sudove ili perivaskularne ćelije, potencijalno zasjenivši promjene signala fMRI izazvane neuronskom aktivnošću.“
Članovi Shihove laboratorije, uključujući prvog i koautora dr Dominika Cerrija i dr Lindzi Volton, otputovali su na Univerzitet u Saseksu u Ujedinjenom Kraljevstvu, gde su mogli da izvode eksperimente i dalje demonstriraju vaskularni efekti opioida.
Takođe su prikupili ljudske fMRI podatke u UNC-ovom 7-Tesla MRI sistemu i sarađivali sa istraživačima na Univerzitetu Stanford kako bi istražili moguće nalaze koristeći transkranijalnu magnetnu stimulaciju, proceduru koja koristi magnetna polja za stimulaciju ljudskog mozga.
Boljim razumevanjem fMRI signalizacije, istraživači osnovnih nauka i lekari-naučnici moći će da pruže precizniji uvid u promene neuronske aktivnosti u zdravom mozgu, kao iu slučajevima neuroloških i neuropsihijatrijskih poremećaja.
