Man trenger ikke å skjære i hjernen for å se hvordan den fungerer. Metoder som fMRI har revolusjonert hjerneforskningen. Kan vi kalle det tankelesing?
HenrikBendixjournalist videnskab.dk
Publisert
Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.
Slik fungerer fMRI
I en fMRI-skanner – eller rettere sagt en MR-skanner som blir brukt til fMRI – blir hjernen utsatt for et svært kraftig (men harmløst) magnetfelt, som kan være mer enn 100 000 ganger kraftigere enn jordens naturlige magnetfelt.
Dette magnetfeltet påvirker atomkjernen i kroppens hydrogenatomer – protonene. Og hydrogen er det massevis av i kroppen, for det er to av disse atomene i hvert vannmolekyl.
Protoner kan betraktes som små magneter med en nordpol og en sydpol. Når de blir utsatt for det kraftige magnetfeltet, snur de seg slik at de mer peker i retning av magnetfeltet.
I skanneren dytter man til protonene – de blir satt bevegelse ved hjelp av radiobølger. Når radiosignalet stopper vil protonene falle til ro igjen ved å avgi den tilførte energien. Det skjer også i form av radiobølger, og disse bølgene kan måles og analyseres av en datamaskin.
På den måten kan man altså måle hvor vannet i kroppen befinner seg.
Men fMRI-skanninger går et skritt videre. Her vil man nemlig gjerne vite hvilke deler av hjernen som tilføres mye oksygen og dermed bruker mye energi.
Det er hemoglobin som transporterer oksygenmolekyler fra lungene til hjernen. Med fMRI-skanninger kan forskerne se forskjell på det hemoglobinet som tar med oksygen, og det som allerede har avlevert oksygenet.
De to formene for hemoglobin har nemlig forskjellige magnetiske egenskaper, og derfor påvirkes de omkringliggende vannmolekylene (og protonene i dem) forskjellig.
Protoner i nærheten av oksidert hemoglobin gir kraftigere radiobølger i skanneren enn protoner ved hemoglobin som har avlevert oksygenet. Og på bildene skanneren leverer kan forskerne dermed se hvilke områder i hjernen det strømmer mye oksygen til.
Stadig oftere dukker det opp nyheter med overskrifter som «Nå kan forskerne lese tankene dine». Artiklene tar for det meste utgangspunkt i forskning basert på hjerneskanninger ved hjelp av fMRI.
Men hva er egentlig fMRI, og hvordan kan man påstå at teknikken kan brukes til tankelesning?
Selve forkortelsen fMRI står for «functional Magnetic Resonance Imaging», som på norsk blir «funksjonell magnetisk resonans-avbildning».
Teknologien er, akkurat som navnet, temmelig komplisert og involverer en svært kraftig magnet og en spole som kan sende ut radiosignaler (se faktaboks).
Blodtilstrømning avslører hjerneaktivitet
Med fMRI kan man måle endringer i blodtilstrømningen i forskjellige deler av hjernen. Det krever energi å tenke, og hjernecellene får denne energien fra glukose og oksygen som leveres med blodet.
Når man bruker en bestemt del av hjernen, økes blodtilstrømningen til denne delen, og det gir utslag i skanningen.
Slik gir en fMRI-skanning et bilde i tre dimensjoner av hvilke deler av hjernen som bruker mye oksygen og derfor må antas å være de mest aktive når forsøkspersoner utfører forskjellige oppgaver eller tenker på forskjellige ting.
Et «tankelesingsforsøk» foregår typisk ved at forsøkspersonene ligger helt stille i skanneren og ser på et mønster eller et fotografi. De kan også høre en lyd eller tenke på et bestemt tall, en gjenstand eller et sted. Og det gjør de igjen og igjen.
Deretter ser man på hvilke deler av hjernen som ble aktivert ved oppgaven. Teknologien utvikler seg hele tiden, og i dag kan man zoome inn på områder på noen få kubikkmillimeter. Etter mange forsøk analyseres aktiviteten i hjernen av en datamaskin.
«Du tenker på en selleri»
Man kan for eksempel se på hvilke deler av hjernen som blir aktivert når forsøkspersonen ser på noen prikker. Man starter med én prikk, går videre til to prikker og så videre.
Etter hvert «lærer» datamaskinen forskjellen mellom de hjernemønstrene som oppstår ved forskjellige antall prikker. Så kan den til sist avgjøre med temmelig stor sikkerhet hvor mange prikker personen ser på. Og man kan med litt godvilje si at forskerne kan lese forsøkspersonens tanker.
På samme måte kan fMRI brukes til å avgjøre om en forsøksperson (som har trent en datamaskin) tenker på en iglo eller et slott. Eller på en hammer eller en sag. Men bare hvis det ikke er altfor mange muligheter å velge mellom.
Forbedrer metodene
Forskerne forsøker hele tiden å forfine metodene. De kan for eksempel få datamaskinen til å gjette på at man tenker på en selleri og ikke et fly, selv om forsøkspersonen ikke er blitt skannet mens hun tenkte på en selleri – men i stedet mens hun tenkte på relaterte ord som spise og smake.
Med skanninger av hjernens synssenter kan man få et inntrykk av de grove trekkene – hovedlinjene med stor kontrast – i det fotografiet forsøkspersonen ser på.
Og så kan man be datamaskinen slå opp i en database og velge et bilde som ligner (har samme trekk). Spørsmålet er om man kan kalle dette for tankelesning.
Annonse
Det er grenser for presisjonen
Forskerne har også studert om man kan se forskjell på om en forsøksperson lyver eller forteller sannheten. Og allerede nå tilbyr de to amerikanske firmaene Cephos og No Lie løgndetektorer basert på fMRI.
Sistnevnte påstår at metoden med 90 prosents sikkerhet kan avsløre om en person lyver. Og begge firmaene er veldig interessert i at det blir tillatt å bruke fMRI-målinger som bevismateriale i rettssaker.
Men det blir det tross alt ikke foreløpig. For selv om teknologien utvikler seg med stormskritt, har den sine begrensninger. For eksempel er det nødvendig med en bedre forståelse av forbindelsen mellom blodtilførsel og hjerneaktivitet, og oppløsningen til skanneren er egentlig ikke så imponerende – verken i tid eller rom.
Begrensninger
– Tankelesning ligger flere år fram i tid, forteller post.doc. Jon Wegener, som er hjerneforsker ved CBS med spesielt fokus på fMRI.
– Metoden har en rekke begrensninger. Så selv om vi er nådd langt, er det veldig lang vei igjen, sier han.
– Oppløsningen er omkring en kubikkmillimeter, og det befinner seg mange tusen nevroner i et slikt volum. Og oppløsningen i tid er bare nede på omkring et sekund. Så vi er svært langt fra å kunne studere hjerneaktiviteten direkte, for hjernen har jo milliarder av nevroner, og tenkning foregår på nanosekunder.
Vi vet ikke nok om hjernen
Fysiker Adam Espe Hansen, som bruker fMRI i sin forskning på Glostrup Hospital, har samme forbehold.
– Man kan ikke måle svært små, aktive hjerneområder. Typisk må de minst være 3-5 millimeter store. Det setter jo begrensninger på hva man kan gjøre med fMRI, sier han.
Hansen peker også på at vi fortsatt ikke vet så mye om hvordan hjernen egentlig virker:
Annonse
– fMRI blir typisk brukt for å gi et bilde av aktive områder i hjernen. Derfra skal man så slutte seg til hva en person «tenker». Det innebærer en type resonnement av typen «hvis dette området er aktivt, så tenker personen på dette …»
Ingen tabell
– Men for det meste er det nettverk av områder som bidrar, selv ved de enkleste aktivitetene. Og ved mer komplisert tankevirksomhet har vi bare så vidt begynt å utforske disse nettverkene. Det finnes altså ikke noen tabell man kan slå opp i og si: «Hvis du har aktivitet der, så tenker du på moren din».
– Man kan også spørre om det i et hele tatt er mulig å lage slik en «ordbok» over funksjonene i hjernen. Eller om hjernen overhodet fungerer ved et samspill av aktivitet i store, lokaliserte områder.
– Det er helt sikkert en stor framtid for hjerneskanning. Tankelesning? Personlig er jeg skeptisk, avslutter Hansen.
