fMRI, PET og EEG danner en trofast trio av metoder som har vært og fortsatt er gull verdt i forskeres jakt på svar på menneskehjernens gåter.

– Den tre metodene har hver sine fordeler og ulemper, og derfor komplementerer de hverandre utrolig godt, sier Hartwig Siebner, som er leder av Danish Research Center for Magnetic Resonance (DRCMR).

De to foregående artiklene i denne serien om hjerneskanningsmetoder handler om EEG og fMRI.

Der kan du lese at EEG er hundre år gammel og er ekspert på å måle hjernens aktivitet millisekund for millisekund, og at fMRI er omtrent 30 år gammel og kan fange hjernens aktivitet med en oppløsning ned til en millimeter.

I denne tredje og siste artikkelen kan du lese om PET.

PET har et unikt salgsargument

Hvis du har lest de to foregående artiklene, vet du at EEG og fMRI er fantastisk flinke til å fange hjernens aktivitet og utfyller hverandre.

Og når hjerneforskerne allerede har to så presise og effektive skanningsmetoder, blir du kanskje helt i tvil om hvorfor forskerne også trenger positronemissjonstomografi – PET.

Men PET har sine egne fordeler:

– EEG og fMRI har en høy tidsmessig og romlig presisjon, men PET har større molekylær presisjon. PET-bilder viser hvordan hjernevev tar opp en liten mengde radioaktivt sporstoff som sprøytes inn i en blodåre i armen og fraktes med blodet til hjernen, forklarer Hartwig Siebner, som er klinisk professor ved Hvidovre Hospital.

– PET lar oss gå veldig spesifikt inn og studere hvordan enkelte molekyler, for eksempel sukkermolekyler, tas opp og brukes av hjernen, fortsetter Siebner.

Den molekylære presisjonen er PETs unike salgsargument, heter det.

Kunstige molekyler går undercover

PETs unike evne til å måle hjerneaktivitet helt ned på cellebiologisk skala kommer av den spesielle måten en PET-skanning foregår på.

Alt sammen starter nemlig med at forskerne produserer et radioaktivt sporstoff som de får til å se ut som et av hjernens naturlige molekyler. Det kan for eksempel være sukker, vann, eller dopamin-molekyler, alt etter hva de vil undersøke, forteller Siebner.

Når forskerne har produsert det kunstige molekylet, sprøyter de det inn i blodet på pasienten eller forsøkspersonen som deretter blir kjørt inn i et sylinderformet rør, akkurat som ved en MR- eller CT-skanning.

Hjernen blir lurt til å tro at stoffet er et biologisk molekyl. Derfor kan forskerne via skanningen følge med på hvordan sporstoffet blir omsatt i hjernen, og det kan brukes til flere vitenskapelige formål:

– Hvis vi for eksempel vil lete etter tegn til Alzheimer, kan vi bruke glukose-analogen fluorodeoksyglukose som sporstoff. Et fall av glukoseopptaket kan ses tidlig i bestemte områder av cortex ved alzheimer. Mønsteret av redusert glukoseopptak i hjernen har en ganske høy følsomhet og viser nøyaktig hvor i hjernen alzheimer har ødelagt strukturen, heter det.

Fordi forskerne kan få de skreddersydde sporstoffene til å imitere et hvilket som helst molekyl, har de enorme muligheter. PET kan med andre ord brukes til alt fra å finne tegn til kreft til å undersøke sunn aldring eller hvordan signalstoffer som serotonin og dopamin oppbevares, frigjøres og bindes i de ulike hjerneområdene. Smart!

Radioaktivt sporstoff sprøytes inn i blodet

Akkurat som enhver annen hjerneskanningsmetode har PET selvfølgelig sine svakheter.

Mens EEG fanger ned hjerneaktivitet på millisekunder, måler PET over flere minutter, og der fMRIs oppløsning går ned til en millimeter, når PETs oppløsning bare 5 til 6 millimeter. Den tidsmessige og romlige oppløsningen henger med andre ord etter i forhold til andre hjerneskanningsmetoder.

Det er imidlertid en annen ulempe ved PET som er mye mer viktig å kjenne til:

– Ulempen er at sporstoffene er radioaktive. Derfor kan vi ikke bare sprøyte 5 til 7 sporstoffer inn i hjernen og kjøre veldig mange studier, for da blir eksponeringen for høy, forteller Hartwig Siebner.

– Du må tenke nøye igjennom hvilke studier du skal gjennomføre. Det bør helst bare være én.

Det radioaktive sporstoffet starter en kjemisk reaksjon i hjernen som PET-skanneren kan fange opp.

Mye tryggere enn det høres ut

Det kan høres farlig ut å sprøyte et radioaktivt stoff inn i kroppen.

Men det er trygt.

– Stråledosen i en PET-skanning er ufarlig. Det er retningslinjer som setter grenser for dosene antallet PET-skanninger, sier Hartwig Siebner.

– I tillegg er det veldig mange sikkerhetstiltak som reduserer eksponeringen for pasienter, forsøkspersoner og personale, fortsetter han.

Grenseverdiene sørger for at pasienter eller forsøkspersoner blir utsatt for en veldig liten radioaktiv eksponering.

For å være ekstra forsiktige utfører forskerne få PET-skanninger av friske personer og særlig gravide.

Forskerne ville selvfølgelig kunne gjennomføre mer omfattende forsøk og sannsynligvis lære mer om hjernen hvis de kunne sprøyte inn mer sporstoff, men sikkerheten er viktigst.

Hva er framtiden for hjerneskanningsstudier?

Nå har du kommet fram til slutten på den tredje og siste artikkelen i serien om hjerneskanningsmetoder. Hvis du har lest alle tre, er kan du se forskjell på PET, fMRI og EEG.

Du kjenner også til de individuelle styrkene og svakhetene ved PET, fMRI, og EEG, og du vet hvordan de komplementerer hverandre, men du vet ikke hvor utviklingen er på vei.

Og faktisk ligger framtiden i å kombinere PET, fMRI og EEG, mener Hartwig Siebner.

– Ved å kombinere metoder kan vi gå dypere og se flere detaljer, sier Siebner.

Det som tidligere har stått i veien for å blande metodene, er at forskere ikke har klart å integrere og bearbeide de enorme mengdene data.

Det holder imidlertid på å endre seg:

– Vi får hele tiden adgang til bedre analyseverktøy som kan integrere og kjenne igjen mønstrene i hjerneaktivitet. Det lar oss se mønstre vi aldri har sett før, sier Siebner.

Hjernen er det mest komplekse og ukjente organet du bærer rundt på, men med en holistisk tilnærming til metodene og en stor porsjon data science kan hjerneforskerne avsløre enda flere av hjernens gåter.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no. Les originalsaken på videnskab.dk her.