DIANA obserwuje aktywność mózgu z nieosiągalną do tej pory precyzją
W latach 90. XX w. badacze mózgu zaczęli powszechnie stosować rewolucyjne narzędzie. Był nim skaner fMRI, a ściśle MRI wykorzystujący metodę functional Magnetic Resonance Imaging, czyli funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym. Zyskał on ogromną popularność dzięki umożliwieniu nieinwazyjnego podpatrywania aktywności mózgu w trakcie np. rozwiązywania zadań matematycznych czy oglądania zdjęć wzbudzających wstręt.
Tym, co fMRI mierzy, nie jest jednak aktywność elektryczna komórek nerwowych, tylko sygnał zależny od poziomu nasycenia krwi tlenem (BOLD, od blood-oxygen-level-dependent). Utlenowana krew reaguje bowiem na silne pole magnetyczne wytwarzane przez potężne magnesy skanera. Ogólna zasada działania fMRI jest więc stosunkowo prosta: obszary mózgu zaangażowane w wykonywanie jakichś zadań pracują intensywniej i z tego powodu zgłaszają zapotrzebowanie na więcej „paliwa” w postaci tlenu. Naukowcy zakładają więc, że mapa jego „konsumpcji” przez grupy licznych komórek nerwowych pokrywa się z mapą szczególnie aktywnych struktur mózgowych.
Na tej podstawie tworzone są obrazy mózgu z naniesionymi charakterystycznymi kolorowymi plamami wskazującymi bardziej aktywne obszary oraz skalę tej aktywności. Są one jednak w pewnym sensie sztuczne, gdyż powstają dzięki skomplikowanym procesom obliczeniowym, angażującym wyrafinowane metody statystyczne.
Standardowe badania fMRI nie są też pozbawione wad. Dokładność wskazania miejsc, w których następuje aktywacja neuronów, jest ograniczona. A sygnał BOLD zapisują z dwusekundowym opóźnieniem, co powoduje, że kolejne obrazy mózgu uzyskuje się co kilka sekund i nie do końca wiadomo, co się dzieje w trakcie tych przerw.
Precyzję fMRI próbuje się zwiększać, wykorzystując silniejsze magnesy oraz równocześnie badając mózg za pomocą elektroencefalogramu (EEG), który nie ma opóźnień czasowych. Tyle że elektrody EEG przyczepione do głowy włożonej do skanera fMRI generują zakłócenia.
Naukowcom z Korei Południowej – o czym piszą na łamach „Science” – udało się rozwiązać obydwa problemy. Posłużyli się zwyczajnym sprzętem do badań fMRI, ale wyposażonym w magnesy 9,4 tesli (trzy razy mocniejsze niż używane standardowo) i ze zmienionym oprogramowaniem. Swoją metodę nazwali DIANA, od ang. direct imaging of neuronal activity (w wolnym tłumaczeniu: bezpośrednie obrazowanie aktywności neuronalnej). Testowali ją na znieczulonej (żeby się nie poruszała) myszy. Dotykali jej wibrysy i obserwowali, jak biegnący z nich sygnał nerwowy pobudza określone rejony mózgu. Udało się im uzyskać obrazy pracy mózgu, które – jak twierdzą – powstały dzięki rejestracji aktywności elektrycznej komórek nerwowych. Opóźnienie w zapisie sygnału trwało milisekundy.
To wszystko oznacza, że neuronaukowcy właśnie otrzymują do rąk niezwykle precyzyjne narzędzie do bezinwazyjnego podglądania aktywności mózgu na żywo. Jeśli osiągnięcie Koreańskich badaczy sprawdzi się w kolejnych eksperymentach, m.in. z udziałem ludzi, to będzie można mówić o przełomie porównywalnym z tym z lat 90., kiedy pojawiły się skanery fMRI.
Warto jednak dodać, że urządzenie Koreańczyków nie eliminuje wszystkich ograniczeń tego typu sprzętu. Nadal badany obiekt musi być nieruchomy w czasie skanowania. Ponadto, żeby uzyskać obraz całego mózgu czy jego większego obszaru, należy wykonać kilka skanów i złożyć je w jedną całość. To zaś oznacza, że badany obiekt musi być kilka razy w ten sam sposób stymulowany – np. człowiekowi pokazuje się kilkukrotnie obrazek wywołujący daną reakcję emocjonalną.