Te wyniki są ważne dla rozwoju i lepszej interpretacji badań funkcjonalnych mózgu.

Neurony nie mają własnych magazynów paliwa, więc muszą tę energię pobrać jako tlen i cukier z krwi. Reguluje to mechanizm nazywany sprzężeniem nerwowo-naczyniowym: aktywność komórek nerwowych uruchamia reakcję naczyń krwionośnych, które po chwili zwiększają dopływ krwi do aktywnego miejsca. To właśnie na tej zasadzie działa m.in. funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), czyli technika obrazowania mózgu, która mierzy jego aktywność, wykrywając zmiany w przepływie i natlenieniu krwi w odpowiedzi na bodźce lub zadania. Widzi więc ona głównie skutki (krew i tlen), a nie sam sygnał startowy w neuronach.

Słoweńscy, polscy i niemieccy badacze postanowili w swojej pracy opublikowanej w czasopiśmie naukowym NeuroImage odpowiedzieć na pytanie, czy da się zmierzyć oba elementy naraz i policzyć, z jakim opóźnieniem krew odpowiada na pracę neuronów podczas wybranych aktywności mózgu (np. polecenia ruchu dłonią).

Udało się im wykonać te badania przy użyciu dwóch metod. Pierwsza to magnetoencefalografia (MEG) w nowocześniejszej wersji, gdzie czujniki w sztywnym, indywidualnie dopasowanym hełmie (3D-druk) zakładanym na głowę mobilnie rejestrują bardzo słabe pola magnetyczne wytwarzane przez zsynchronizowaną pracę neuronów. Druga to funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni (fNIRS), czyli metoda śledzenia zmian stężenia utlenowanej i odtlenowanej hemoglobiny (HbO i HbR) w krwi docierającej do kory mózgu.

Uczestnicy badania wykonywali dwa zadania ruchowe prawą ręką: ściskali piłeczkę albo robili sekwencję dotknięć palcami (ruchy bardziej precyzyjne), w trakcie których każdy opuszek palca kolejno dotykał opuszka kciuka. W sygnale MEG pojawiał się typowy dla ruchu wzór: spadek aktywności w pewnych rytmach mózgu w trakcie ruchu, a potem odbicie po zakończeniu. fNIRS równocześnie pokazywał klasyczną odpowiedź naczyniową: wzrost utlenowanej krwi i spadek odtlenowanej w obszarach czuciowo-ruchowych.

Najważniejszy wniosek był bardzo czytelny: najsilniejszy związek między sygnałem neuronalnym i naczyniowym wypadał zwykle przy opóźnieniu rzędu około 4–7 s. Co ciekawe, ruchy precyzyjne dawały mniej powtarzalną odpowiedź naczyniową (HbO) między osobami, ale silniejsze powiązanie sygnałów MEG i fNIRS, zwłaszcza w paśmie alfa.

Takie badania pomagają lepiej interpretować metody, które już dziś są w medycynie i nauce standardem. Jeśli wiemy, z jakim opóźnieniem i w jakich warunkach krew reaguje na działanie neuronów, łatwiej odróżnić normalną reakcję od zaburzonej. Jednocześnie użyty w pracy zestaw urządzeń i metod jest krokiem w stronę pomiarów bardziej przyjaznych dla pacjenta, w porównaniu do ciasnego skanera MRI. Czujniki MEG można umieścić blisko głowy, a fNIRS jest z natury dość odporny na niewielkie ruchy.

To otwiera drogę do badań i monitorowania osób, które nie potrafią długo leżeć bez ruchu, czyli dzieci, pacjentów w rehabilitacji po udarze czy osób z problemami motorycznymi. W dłuższej perspektywie taki podwójny pomiar może wspierać skany stanu mózgu, bo nie tylko pokaże, że jakieś miejsce się uaktywniło, ale też czy układ naczyń odpowiada na tę aktywność w prawidłowy sposób, co ma znaczenie w wielu chorobach neurologicznych. (PAP)

kmp/ agt/