По словам ученых из Института Макговерна Массачусетского технологического института, новый способ визуализации мозга с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) не позволяет напрямую обнаружить нейронную активность, как первоначально сообщалось. Этот метод, впервые описанный в 2022 году, вызвал ажиотаж в сообществе нейробиологов как потенциально преобразующий подход. Но исследование лаборатории младшего исследователя Макговерна Алана Джасаноффа, опубликованное 27 марта 2024 года в журнале Достижения наукидемонстрирует, что сигналы МРТ, создаваемые новым методом, в значительной степени генерируются самим процессом визуализации, а не активностью нейронов.
Джасанофф объясняет, что наличие неинвазивных средств наблюдения за активностью нейронов в мозге является долгожданной целью нейробиологов. Функциональные методы МРТ, которые исследователи в настоящее время используют для мониторинга активности мозга, на самом деле не обнаруживают нейронные сигналы. Вместо этого они используют в качестве индикатора изменения кровотока, вызванные активностью мозга. Это показывает, какие части мозга задействованы во время визуализации, но оно не может точно определить нейронную активность в определенных местах, и оно слишком медленное, чтобы по-настоящему отслеживать быстрые коммуникации нейронов.
Поэтому, когда группа ученых сообщила в Наука новый метод МРТ под названием DIANA, предназначенный для «прямой визуализации активности нейронов», обратили внимание нейробиологи. Авторы утверждали, что DIANA обнаружила сигналы МРТ в мозге, которые соответствовали электрическим сигналам нейронов, и что она получила сигналы гораздо быстрее, чем методы, используемые сейчас для функциональной МРТ.
Все этого хотят. Если бы мы могли посмотреть на весь мозг, проследить за его деятельностью с точностью до миллисекунды и знать, что все сигналы, которые мы видим, связаны с клеточной активностью, это было бы просто замечательно. Оно могло бы рассказать нам множество вещей о том, как работает мозг и что не так при болезни».
Алан Джасанофф, младший исследователь, Институт Макговерна Массачусетского технологического института
Джасанофф добавляет, что из первоначального отчета не было ясно, какие изменения в мозге обнаружила DIANA, чтобы произвести столь быстрое считывание нейронной активности. Заинтересовавшись, он и его команда начали экспериментировать с этим методом. «Мы хотели воспроизвести это и хотели понять, как это работает», — говорит он.
Воссоздавая процедуру МРТ, описанную разработчиками DIANA, исследовательница Валери Доан Фи Ван изобразила мозг крысы, когда на одну лапу подавался электрический стимул. Фи Ван говорит, что она была очень рада увидеть, как сигнал МРТ появляется в сенсорной коре головного мозга именно тогда и там, где нейроны должны были реагировать на ощущение на лапе. «Мне удалось это воспроизвести», — говорит она. «Я видел сигнал».
Однако по мере дальнейших испытаний системы ее энтузиазм угас. Чтобы исследовать источник сигнала, она отключила устройство, используемое для стимуляции лапы животного, а затем повторила визуализацию. И снова сигналы появились в сенсорной части мозга. Но на этот раз не было причин для активации нейронов в этой области. Фактически, как обнаружил Фи Ван, МРТ выдавала те же самые сигналы, когда животное внутри сканера было заменено трубкой с водой. Было ясно, что функциональные сигналы ДИАНЫ не являются результатом нейронной активности.
Фи Ван проследил источник ложных сигналов до импульсной программы, которая управляет процессом визуализации DIANA, подробно описав последовательность шагов, которые использует МРТ-сканер для сбора данных. В импульсную программу DIANA был встроен триггер устройства, которое передает сенсорную информацию животному внутри сканера. Это синхронизирует два процесса, поэтому стимуляция происходит в определенный момент во время сбора данных. Этот триггер, по-видимому, вызывал сигналы, которые, по заключению разработчиков DIANA, указывали на нейронную активность.
Фи Ван изменил программу пульса, изменив способ срабатывания стимулятора. Используя обновленную программу, МРТ-сканер не обнаружил функционального сигнала в мозге в ответ на ту же стимуляцию лапой, которая вызывала сигнал раньше. «Если вы удалите эту часть кода, сигнал тоже исчезнет. Это означает, что сигнал, который мы видим, является артефактом триггера», — говорит она.
Джасанофф и Фи Ван продолжили поиск причин, по которым другие исследователи изо всех сил пытались воспроизвести результаты исходного отчета DIANA, отметив, что сигналы, генерируемые триггером, могут исчезнуть при небольших изменениях в процессе визуализации. Вместе со своим коллегой-постдокторантом Саджалом Сеном они также обнаружили доказательства того, что клеточные изменения, предложенные разработчиками DIANA, могут вызывать функциональный сигнал МРТ, не связанные с активностью нейронов.
Джасанофф и Фи Ван говорят, что было важно поделиться своими выводами с исследовательским сообществом, особенно в свете продолжающихся усилий по разработке новых методов нейровизуализации. «Если люди хотят попытаться повторить какую-либо часть исследования или реализовать какой-либо подобный подход, им следует избегать попадания в эти ямы», — говорит Ясанофф. Он добавляет, что они восхищаются амбициями авторов оригинального исследования: «Сообществу нужны ученые, которые готовы пойти на риск, чтобы продвинуть эту область вперед».
Источник:
Институт исследований мозга Макговерна
Ссылка на журнал:
Фи Ван, В.Д., и другие. (2024) Другая интерпретация сигнала фМРТ ДИАНЫ. Достижения науки. doi.org/10.1126/sciadv.adl2034.
2024-03-28 02:14:00
1711593145
#Исследователи #Макговерна #опровергают #утверждения #прямой #визуализации #активности #нейронов #помощью #МРТ
