GRUDZIE¡ 2001

ÂWIAT NAUKI

13

pano

rama

Techniki obrazowania pomog∏y
dok∏adnie okreÊliç obszary mózgu
aktywne podczas wykonywania
ró˝nych zadaƒ. Dzi´ki zastosowaniu
czynnoÊciowego rezonansu
magnetycznego odkryto ostatnio, ˝e:

n

Gdy próbujemy wykonaç dwa

ró˝ne zadania umys∏owe
jednoczeÊnie, na przyk∏ad zrozumieç
mow´ i wyobraziç sobie obracajàcy
si´ w przestrzeni obiekt, poziom
aktywnoÊci mózgu zwiàzanej
z ka˝dym z nich jest ni˝szy
ni˝ w przypadku wykonywania ich
oddzielnie. Zakaz u˝ywania przez
kierowców telefonów komórkowych
podczas jazdy samochodem ma
zatem podstawy neurofizjologiczne.

n

Muzycy s∏uchajàcy muzyki

w wi´kszym stopniu ni˝ inni
anga˝ujà obszary mózgu zwiàzane
z przetwarzaniem mowy.

n

Boczna strona kory potylicznej,

która uczestniczy w rozpoznawaniu
przedmiotów, reaguje raczej
na ich ogólny kszta∏t ni˝ na
poszczególne elementy sk∏adowe.

GDY MÓZG

ZABIERA SI¢

DO PRACY

SEONG

-GI KIM i

KAMIL UGURBIL

University of Minnesota

NEUROBIOL

OGIA

Podglàdanie mózgu

PO CZYM POZNAå NEURONY W AKCJI. GRAHAM P. COLLINS

K

a˝dy kiedyÊ to widzia∏:

ziarnisty obraz

konturów mózgu z jednym czy dwo-
ma jaÊniejszymi obszarami, uwa˝any-

mi za aktywne podczas wykonywania przez
badanà osob´ okreÊlonego zadania. Obrazo-
wanie za pomocà czynnoÊciowego rezonan-
su magnetycznego (fMRI), które po raz pierw-
szy zastosowano prawie 10 lat temu, obecnie
jest g∏ównym narz´dziem do mapowania ak-
tywnoÊci mózgu. Polega ono na pomiarze st´-
˝enia tlenu w przep∏ywajàcej przez ten na-
rzàd krwi. Dotàd nie by∏o ˝adnego dowodu,
˝e st´˝enie O

2

odzwierciedla aktywnoÊç ko-

mórek nerwowych. Dowiedli tego dopiero na-
ukowcy z Max-Planck-Institut für biologische
Kybernetik w Tybindze. Wykazali tak˝e, ˝e sy-
gna∏ fMRI pojawia si´ g∏ównie wówczas, gdy
neurony odbierajà impulsy.

Zespó∏ z Tybingi, kierowany przez Nikosa

K. Logothetisa, monitorowa∏ aktywnoÊç elek-
trycznà komórek nerwowych za pomocà
wszczepionych elektrod, jednoczeÊnie wyko-
nujàc pomiary fMRI. W obrazowaniu tà tech-
nikà wykorzystuje si´ impulsy fal elektroma-
gnetycznych, co zak∏óca prac´ znajdujàcej si´
w pobli˝u aparatury. Badacze skonstruowali
specjalne urzàdzenia do wykrywania i kom-
pensowania niektórych zak∏óceƒ, zaÊ pozosta-
∏e poddano obróbce komputerowej i usuni´to.

Badania prowadzono na makakach. Ka˝dej

ma∏pie pokazywano obracajàcy si´ wzór sza-
chownicy, co pobudza∏o pierwszorz´dowà ko-
r´ wzrokowà zwierz´cia. Nast´pnie porów-
nywano zarejestrowany sygna∏ fMRI z syg-
na∏ami elektrycznymi dwóch ró˝nych typów.
Jedne z nich, zwane miejscowymi potencja∏a-
mi polowymi, sà zwiàzane z impulsami przy-
chodzàcymi do danego obszaru. Drugi typ to
potencja∏y czynnoÊciowe, które odzwiercie-
dlajà impulsy wychodzàce z danego obszaru.
Sygna∏y obu typów pojawia∏y si´ w korze
wzrokowej u∏amek sekundy po zadzia∏aniu
bodêca wzrokowego, podczas gdy sygna∏
fMRI osiàga∏ znaczàcy poziom dopiero po kil-
ku sekundach. Miejscowy potencja∏ polowy
i sygna∏ fMRI utrzymywa∏y si´ na wysokim
poziomie przez ca∏y czas dzia∏ania bodêca
wzrokowego. Natomiast potencja∏ czynno-
Êciowy, który zawsze by∏ mniejszy od miej-
scowego potencja∏u polowego, cz´sto po kil-
ku sekundach zanika∏, nawet jeÊli bodziec
wzrokowy nadal oddzia∏ywa∏. Zatem sygna∏
fMRI zale˝a∏ g∏ównie od miejscowego poten-
cja∏u polowego, ale narasta∏ powoli.

Zastosowane w tym doÊwiadczeniu obra-

zowanie fMRI nazwano BOLD fMRI (blood
oxygen level dependent – zale˝ne od st´˝enia
tlenu we krwi). Wskutek subtelnej ró˝nicy
w∏aÊciwoÊci magnetycznych mi´dzy utleno-
wanà i odtlenowanà hemoglobinà po-
wstaje sygna∏ wskazujàcy na wyso-
kie st´˝enie tlenu w danym obszarze,
spowodowane zwi´kszonym przep∏y-
wem krwi. Interesujàce, ˝e w wyniku
wzmo˝onej aktywnoÊci neuronów zo-
staje zu˝yta jedynie niewielka cz´Êç
dodatkowego tlenu (gdyby zosta∏ zu-
˝yty ca∏y, badanie BOLD fMRI w ogó-
le by go nie wykaza∏o). Marcus E. Raichle,
ekspert w diagnostyce obrazowej mózgu z
Washington University, przypomina o innych
badaniach, z których wynika, ˝e wskutek
aktywnoÊci neuronów zwiàzanej z odbiera-
niem impulsów nast´puje spalanie glukozy
bez u˝ycia tlenu. Taki beztlenowy proces
prawdopodobnie dostarcza energii niezb´d-
nej do odtworzenia neuroprzekaênika – jonu
glutaminianowego.

Inne wa˝ne odkrycie Logothetisa i jego

wspó∏pracowników to stwierdzenie, ˝e sto-
sunek sygna∏u fMRI do szumu jest znacznie
mniejszy ni˝ do odpowiadajàcej mu aktyw-
noÊci elektrycznej. W rezultacie na tomogra-
mach fMRI obszary o umiarkowanej aktyw-
noÊci mogà byç niewidoczne.

Nora Volkow, neurolog z Brookhaven Na-

tional Laboratory, twierdzi, ˝e celem tych prac
jest wyjaÊnienie kwestii istotnych we wszyst-
kich prowadzonych obecnie badaniach z wy-
korzystaniem fMRI. To pierwszy jednoznacz-
ny dowód, ˝e sygna∏, który wszyscy mierzà, by
zrozumieç funkcjonowanie mózgu, rzeczywi-
Êcie odzwierciedla aktywnoÊç neuronów.

Nale˝y przeprowadziç jeszcze wiele badaƒ,

by okreÊliç, jaka aktywnoÊç komórek nerwo-
wych odpowiada za powstawanie konkretne-
go sygna∏u fMRI w ró˝nych warunkach. Na
przyk∏ad ma∏py, na których prowadzono do-
Êwiadczenia, by∏y uÊpione – kora wzrokowa
przetwarza bowiem bodêce p∏ynàce z siat-
kówki oka, nawet gdy zwierz´ta (lub ludzi)
podda si´ znieczuleniu ogólnemu. Badanie
czuwajàcych zwierzàt mo˝e daç odmienne
rezultaty. Logothetis chce opracowaç meto-
dy obrazowania oparte nie na pomiarze st´-
˝enia tlenu, ale innych czàsteczek, których
koncentracja lepiej odzwierciedla aktywnoÊç
elektrycznà neuronów.

OBSZARY AKTYWNE

stajà si´

jaÊniejsze, kiedy badany porusza
palcami ràk (˝ó∏ty) lub nóg
(czerwony)

. Naukowcy ustalili,

˝e ten sygna∏ MRI to efekt
aktywnoÊci neuronów, a nie
jedynie wzmo˝onego
przep∏ywu krwi.