E’ ACCERTATO CHE LA RISONANZA FUNZIONALE E’ MALE INTERPRETATA

 

 

Un assunto fondamentale sul quale si basa la validità dello studio del cervello mediante risonanza magnetica funzionale (fMRI da functional Magnetic Resonance Imaging) è che le variazioni del flusso ematico, misurate durante l’acquisizione delle immagini, riflettano cambiamenti dell’attività neuronica specifiche per quell’area e proporzionali all’entità del flusso. Due studi recenti, misurando direttamente il flusso sanguigno, l’ossigenazione e l’attività neurale negli animali, suggeriscono che tale assunto dovrà essere riconsiderato perché nelle condizioni sperimentali si è rivelato fallace.

Sirotin e Das del Dipartimento di Neuroscienze della Columbia University hanno impiegato una metodica ottica di imaging che ha consentito loro di misurare il volume ematico e l’ossigenazione in scimmie sveglie e vigili mentre, simultaneamente, registravano l’attività neurale (Sirotin Y. B. & Das A. Anticipatory haemodynamic signals in sensory cortex not predicted by local neuronal activity. Nature 457, 475-479. 2009).

Gli esperimenti sono stati effettuati in una stanza buia, con un piccolo punto luminoso che fungeva da traccia visiva.

Il colore di questo punto luminoso si alternava ad intervalli regolari. I colori indicavano e distinguevano una fase di fissazione da una di riposo: nella prima le scimmie dovevano fissare il punto luminoso per vari secondi per ricevere una bevanda (un succo di frutta) come ricompensa, nella seconda potevano distrarre l’attenzione visiva. E’ importante tener conto del fatto che il punto luminoso era visibile in tutte le fasi degli esperimenti e che l’area corticale ricevente l’input visivo proveniente dal punto di luce, cadeva fuori dell’area che veniva tradotta in immagine; in tal modo qualsiasi variazione emodinamica o dell’attività neurale si poteva ritenere dipendente dalla prova, piuttosto che causata dalla percezione visiva.

In queste condizioni sperimentali sono stati registrati notevoli cambiamenti periodici del volume ematico e dell’ossigenazione nella corteccia visiva primaria (V1 o area 17), che seguivano il ritmo delle fasi dell’esperimento. Non vi era alcuna correlazione temporale fra queste variazioni e l’attività elettrica neuronica di V1 (multi-unit spiking e local field potential). Al contrario, i segnali emodinamici correlavano strettamente con queste misure nelle prove in cui forti stimoli visivi, come grate colorate, venivano aggiunti al punto luminoso. Dunque, i segnali emodinamici indotti dallo stimolo visivo riflettevano l’attività neuronica, mentre i segnali emodinamici fluttuanti legati alle prove non avevano rapporti con l’attivazione dei neuroni delle aree cerebrali studiate.

I ricercatori si sono allora chiesti quale sia il processo responsabile dei segnali emodinamici fluttuanti, e la risposta ottenuta dalla verifica sperimentale ha evidenziato l’importanza della temporizzazione dei compiti: la variazione della durata delle prove determinava un cambiamento del segnale emodinamico equivalente nei tempi. I cambiamenti del segnale cominciavano prima dell’inizio della prova, indicando che non erano indotti dalla variazione del colore del punto luminoso, ma potevano ragionevolmente attribuirsi alla risposta anticipatoria del cervello della scimmia.

Prima di questo studio di Sirotin e Das nella scimmia, il 31 dicembre 2008, era stato pubblicato un lavoro condotto da Devor e colleghi nei roditori (Devor A. et al. Stimulus-induced changes in blood flow and 2-deoxyglucose uptake dissociate in ipsilateral somatosensory cortex. Journal of Neuroscience 28, 14347-14357, 2008).

Devor e collaboratori del Martinos Center for Biomedical Imaging, Stroke and Neurovascular Regulation Laboratory (Charlestown, Massachusetts), hanno misurato l’ossigenazione del sangue mediante imaging spettrale di ossiemoglobina, desossiemoglobina ed emoglobina totale, e il flusso ematico (laser speckle imaging) nella corteccia somatosensoriale di ratti anestetizzati, in risposta alla stimolazione della zampa anteriore. Come ci si attendeva, entrambe le misure risultavano accresciute nella corteccia controlaterale e ridotte in quella ipsilaterale. Ma, sorprendentemente, la captazione di 2-deossiglucosio marcato (misura dell’attività metabolica) in risposta alla stimolazione della zampa anteriore, aumentava sia nella corteccia controlaterale che in quella ipsilaterale. Inoltre le registrazioni elettrofisiologiche hanno rilevato un incremento dell’attività elettrica evocata dallo stimolo in entrambi gli antimeri della corteccia somatosensoriale.

Questi dati mostrano che nell’emisfero ipsilaterale il flusso ematico e l’ossigenazione non erano associati al consumo di glucosio e all’attività neuronica, suggerendo che il consumo di energia associato all’attività neuronica, non necessariamente determina flusso ematico.

Concludendo, vogliamo ricordare che in numerose occasioni abbiamo messo in guardia da interpretazioni dei reperti di neuroimaging che apparivano incongrui rispetto alla concezione neurobiologica attuale della fisiologia cerebrale[1]. Abbiamo poi, specificamente e in dettaglio, trattato le ragioni che rendono ingannevoli i risultati degli studi sull’encefalo umano mediante fMRI, in un testo del quale raccomandiamo la lettura a tutti i visitatori del nostro sito web (Note e Notizie 06-12-08 Perché la risonanza magnetica funzionale inganna). Alla luce dei fatti esposti in quella nota si dovrebbe rivedere l’intero modo di leggere i risultati della metodica, tuttavia molti ricercatori hanno sostenuto che, al netto di accentuazioni ed aberrazioni, il senso della lettura potrebbe rimanere invariato perché le variazioni del flusso ematico riflettono fedelmente l’attività neuronica legata al compito. Ora che questa presunzione di fedeltà si scontra con risultati così chiari come quelli qui presentati, riteniamo sia giunto il tempo di studiare nuove soluzioni per l’imaging con questa metodica, magari sospendendo l’enorme numero di studi programmati in tutto il mondo su queste basi.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Floriani per la correzione della bozza.

 

Nicole Cardon

BM&L-Febbraio 2009

www.brainmindlife.org

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

 

 

 

 

 



[1] Ad esempio, a proposito del cervello degli adolescenti e del dimorfismo sessuale. Più in generale, abbiamo denunciato la superficialità di una deriva interpretativa che espone al rischio di una nuova “frenologia” con la risonanza magnetica funzionale. I testi si trovano sul sito fra le “Note e Notizie”.