I dag vet forskere mye mer om vår forunderlige hjerne enn for bare 10 og 20 år siden.

Hjerneforskningen er nemlig i rivende utvikling, og mye av framskrittet skyldes de avanserte metodene forskerne har tenkt ut til å kartlegge menneskehjernen.

Tre hjerneskanningsmetoder som har spilt hovedroller i hjerneforskningen, er trioen EEG, fMRI og PET.

Alle de tre metodene har gitt store bidrag til forståelsen av hvordan hjernens cellebiologi, regioner og nettverk fungerer.

I denne artikkelen kan du lese om fMRI, og hvis du ikke allerede har gjort det, kan du med fordel lese artikkelen om EEG først.

Måler hvor i hjernen blodet strømmer til

fMRIs fulle navn er egentlig «funksjonell magnetisk resonans-tomografi».

Et av kjennetegnene ved fMRi er at du før undersøkelsen blir bedt om å fjerne alle metallgjenstander slik som smykker på grunn av maskinens sterke magnetfelt. Deretter ligger du på ryggen og blir sendt inn i en rørformet skanner der du må ligge musestille mens den bråkete maskinen skanner hjernen din.

Forskerne er interessert i å kartlegge aktiviteten i ulike hjerneområder, samt hvordan de ulike delene av hjernen kommuniserer med hverandre, og det spesielle ved fMRI er at den måler hjernens blodgjennomstrømning.

– FMRI ble beskrevet i 1990-årene, da man fant ut at når nervecellene i en bestemt del av hjernen er aktive, trenger de mer oksygen. Det økte oksygenbehovet blir dekket gjennom en lokal økning av blodgjennomstrømningen i det aktive hjerneområdet, forklarer Hartwig Siebner, som er leder av Danish Research Center for Magnetic Resonance (DRCMR).

– Hvis du for eksempel vil bevege armen din, begynner nervecellene i din motoriske cortex å sende flere signaler. Derfor økes den lokale hjerneaktiviteten, og det aktive området av hjernen vil få tilført mer oksygenrikt blod. Nettopp endringen i blodets oksygennivå kan fMRI måle, fortsetter Siebner, som også er klinisk professor i presisjonsmedisin ved Hvidovre Hospital.

Hvis du er glad i fysikk/kjemi, kan du lese mer om hvordan fMRI måler blodets strømning i grafikken under.

fMRI er en indirekte målemetode fordi den bruker endring i oksygennivået til å kartlegge aktivitet i hjernen – i motsetning til for eksempel EEG, som måler de elektriske hjernesignalene direkte.

Går glipp av rask hjerneaktivitet

Det er viktig å få på plass at fMRI er en indirekte målemetode.

Det innebærer nemlig en ganske stor ulempe at maskinen måler endringen i blodets oksygennivå i stedet for nervecellenes aktivitet på den direkte måte:

– Hvis du for eksempel ser en bil, reagerer nervecellene i synsbarken lynraskt, men blodets oksygennivå begynner først å stige etter et par sekunder. Derfor har fMRI-målingene en lavere tidsmessig oppløsning enn EEG. Den kan måle i sekunder, men ikke i millisekunder, som EEG, sier Siebner.

Som nevnt i artikkelen om EEG jobber hjernen med ekstrem hastighet. Alle prosesser i hjernen foregår lynraskt. Det er det som gjør deg i stand til å reagere umiddelbart hvis du for eksempel berører en varm kokeplate.

En opplagt konsekvens av fMRIs lavere tidsmessige oppløsning er med andre ord at metoden ikke kan fange dynamikken av lynraske aktivitetsendringer i hjernen som respons på omverdenen. I stedet gir den oss bruddstykker av hjernens aktivitet.

Kan vise hjerneaktivitet på en millimeters avstand

Det fMRI mangler i tid kompenserer den for i sin romlige oppløsning.

– Vi kan studere hjernen i en oppløsning ned til en millimeter. Med de nye maskinene kan vi også gå inn og se aktivering i ulike lag i hjernebarken, og vi kan se alt som rører seg dypt i hjernen, sier Hartwig Siebner.

Mens EEG bare kan måle den elektriske aktiviteten i hjernens ytterste lag – hjernebarken – kan fMRI studere strukturer som amygdala og hippocampus, som ligger lenger nede – og det er viktig.

Amygdala vurderes nemlig å spille en rolle for opplevelsen av frykt og angst, og aktiveringsmønstrene i den endrer seg hos mennesker med depresjon. Hippocampus er forbundet til hukommelse og læring, og blir derfor ofte undersøkt i studier av demenssykdommer.

Kartlegger hjernens enorme kommunikasjonssystem

En annen stor fordel med fMRI er at den lar forskerne se på hele hjernen samtidig slik at de kan følge med på hvordan hjernen sender signaler fram og tilbake mellom ulike hjerneområder.

Med andre ord kan fMRI brukes til å kartlegge de komplekse nettverkene av kommunikasjonsbaner hjernen bruker i alle prosessene sine, forteller Hartwig Siebner.

Det har blant annet gjort det mulig å avsløre hvilke nettverk i hjernen som blir aktivert når man blir lovet en belønning, men også hvordan hjernens såkalte default mode-nettverk (DMN) setter hjernen på autopilot når vi hviler oss.

Du har kanskje gjettet at fMRI og EEG komplementerer hverandre. Derfor utfører hjerneforskere ofte begge målinger for å tegne et mer detaljert bilde av hvor og når hjernen er aktiv.

Viktig å kjenne metodenes styrker og svakheter

Nettopp slike målinger av hjernens aktivitet har du sikkert sett mange fargerike overskrifter om i mediene, og det lønner seg å være fortrolig med styrker og svakheter til ulike hjerneskanningsteknikker, mener Siebner.

Det gjør det lettere å navigere i forskningsnyhetene, mener han.

– Ofte finner forskere et sammenfall, men fortolker det som årsak og virkning. For eksempel ser forskerne aktivitet i hjernen samtidig med en atferdstrekk og konkluderer med at atferden er forklaringen på hjerneaktiviteten, selv om det kanskje bare er et tilfeldig sammentreff, sier Siebner.

– Det er fordi skanningsmetodene våre fortsatt er begrenset. Strengt tatt kan vi se hva som skjer i hjernen, men vi kan ikke forklare hvorfor det skjer. Mange forskere har en tendens til å overfortolke resultatene.

Da gjør også journalistene det, mener han.

– Derfor er det viktig å huske at det er begrensninger ved målemetodene – at en PET-skanning bare viser en metabolsk prosess, men ikke alle prosesser, at EEG viser aktivitet i hjernebarken, men ikke i de dypere lagene, og at fMRI bare viser bruddstykker av hjernens aktivitet, påpeker han.

I den tredje og siste artikkelen i serien får du en innføring i styrker og svakheter for PET-skanning.

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