Laboratorul de Neuroștiințe Cognitive, al Universitații Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, a lansat recent această inițiativă de popularizare a științei, pe care suntem onorați să o distribuim prin intermediul publicației noastre.

Andrei Miu, Profesor de Neuroștiințe Cognitive la Universitatea Babeș-Bolyai, si Simina Pițur, Doctorand in Laboratorul de Neuroștiințe Cognitive, sunt protagoniștii acestei ediții, cu numărul 4.

Felul în care concepem funcționarea creierului la ora actuală se bazează pe două observații care au fost susținute de studiile recente de IRMf. O astfel de observație este că niciun proces psihic nu este susținut de o singură structură nervoasă. Întotdeauna e vorba de circuite nervoase sau dacă vreți, de rețelele cerebrale foarte extinse. Asta se numește pluripotențialitate funcțională. Un alt principiu, care e susținut de datele de IRMf, este că orice proces psihic poate să fie susținut de mai multe circuite nervoase, care funcționează în paralel sau alternativ. Asta a fost numit generare funcțională, în sensul că, pentru orice proces psihic ai mai multe mecanisme care pot să să îl susțină în creier.

Simina Pițur: Acesta este primul episod dintr-o serie de episoade în care ne propunem sa discutam despre metodele folosite în neuroștiințe cognitive, și sperăm, prin aceste episoade, să îi ajutăm pe ascultători să înțeleagă mai bine felul în care se obțin datele despre care citesc în presa și despre care, bineînțeles, vorbim și noi.

Astăzi vorbim despre o metodă neuroimagistica numita IRM (Imagistica de rezonanță magnetică). Ce ne poți spune despre această metodă?

Andrei Miu: Bună ziua, bun găsit. Primul lucru pe care vreau să-l spun este că imagistica de rezonanță magnetică este o metoda imagistica (râde). Adică e o metoda care ne permite sa obținem o imagine anatomica a creierului, dacă metoda e folosită în neuroștiințele cognitive. Mai sunt și alte metode imagistice în afara de IRM. De exemplu e posibil ca ascultătorii să fi auzit de tomografia computerizată, care e un fel de radiografie mai puternică. Care, de asemenea, ne oferă o imagine anatomică a creierului. Și mai sunt, evident, și alte astfel de metode imagistice.

Ei, IRM e o metodă foarte mult folosită în neuroștiințele cognitive și sper ca astăzi să fie clar de ce. Unul din motive este că e o metodă neinvazivă, să zicem, care nu are un efect advers. Nu se folosește radiație în IRM. Se folosesc, cum vom explica în continuare, magneți foarte puternici, care produc un camp magnetic în care băgăm o parte a corpului – câmp magnetic care s-a dovedit în nenumărate studii că nu e periculos pentru sănătate. Deci dacă CT poți să faci după anumite intervale, nu poți sa faci în fiecare zi, IRM poți sa faci în fiecare zi și dacă vrei, chiar și de cateva ori pe zi. Sunt cercetători care, având tomograful de IRM la îndemână, au și încercat sa facă asta o perioadă.

#neinvaziva

Deci e o metodă total neinvazivă, de tip imagistic. Cum spuneam asta înseamnă că ne oferă o imagine anatomică a creierului. O altă parte a explicației pentru succesul acestei metode e că are și o varianta funcțională. Deci o sa vorbim în prima parte a discuției de astăzi despre IRM metoda anatomică și în a doua parte vom discuta despre IRM funcțional care, cum veți vedea, este o metodă care ne permite să suprapunem pe imaginea anatomica și o înregistrare a activității creierului de-a lungul timpului (în timpul sarcinii pe care o face omul cât timp e scanat, ce se întâmplă în creierul său).

Simina Pițur: Cum funcționează varianta anatomica a IRM?

Andrei Miu: Cum spuneam se folosesc magneți foarte puternici care produc un câmp  magnetic și cred ca de aici ar trebui sa plecăm cu explicația. De ce avem nevoie de acest câmp magnetic? Când introducem o parte a corpului, de exemplu capul, creierul în acest câmp magnetic foarte puternic, care sigur are o anumită frecvență, vom alinia anumiți atomi din țesut în acel câmp magnetic. Ca sa fie foarte corecta explicația, trebuie sa adăugam un detaliu. E vorba de protonii atomilor și se folosesc în neuroștiințele cognitive, în care ne interesează sa obținem imagini ale creierului, se folosește un câmp magnetic care permite alinierea protonilor de hidrogen.

Pentru ca în creier e foarte multă apa, deci mult hidrogen și dacă, veți vedea, reușești sa identifici unde sunt atomii de hidrogen în creier, chiar și o parte a lor, asta îți permite sa obții o imagine anatomica mai precisă. Deci, ca sa revin de unde plecasem, se introduce capul într-un câmp magnetic foarte puternic și asta permite alinierea unei părți din protonii atomilor de hidrogen din creier.

Am zis câmp magnetic foarte puternic. E interesant sa menționăm că e vorba de un câmp magnetic. De obicei la tomografele de IRM clinice, folosite pe om, sunt magneți de 1,5 T (tesla) sau 3 T. Vom povesti un pic mai încolo și despre modelele mai noi care au 7 T, de exemplu. 3 T înseamnă un magnet care produce un câmp magnetic de câteva sute de mii de ori mai puternic decât câmpul magnetic al Pamantului.

#atomidehidrogen

Bun, deci ce-am făcut cu câmpul asta magnetic a fost să aliniem protonii atomilor de hidrogen din creier. Al doilea lucru pe care îl face tomograful de IRM este ca bombardează țesutul cu pulsuri de unde radio, care fac un lucru simplu – dau energie protonilor care s-au aliniat în câmpul magnetic să-și schimbe poziția temporar. Și când întrerupem pulsurile astea de unde radio, protonii revin la poziția inițială din câmpul magnetic. Deci, practic asta detectăm, semnalele radio pe care le produc protonii atomilor de hidrogen când revin la poziția inițială din câmpul ala magnetic foarte puternic. Deci, când pierd energia pe care au absorbit-o de la undele radio. La modul foarte, foarte simplu, cam asta se întâmplă.

Îmi dau seama că e posibil să pară complicat, dar să ne gândim că e vorba de doua lucruri mari. E vorba de alinierea protonilor atomilor de hidrogen într-un câmp magnetic puternic și după aceea expunerea lor la pulsuri de unde radio care le dau energie să își schimbe poziția, cum spuneam. Și odată cu întreruperea acestor pulsuri de unde radio, ce detectăm este emisia radio pe care o produce protonul, care se întoarce la poziția inițială în câmpul magnetic static, extern.

Simina Pițur: Ai spus mai devreme ca obținem o imagine anatomica. Cât de detaliata e aceasta imagine pe care o obținem?

Andrei Miu: Depinde în primul rând de puterea magnetului din tomograf. Cu cât magnetul e mai puternic se vor alinia în câmpul magnetic mai mulți protoni ai atomilor, cum sunt de hidrogen și datorită semnalelor pe care le emit, cum spuneam mai devreme, vom putea să reconstituim o imagine mai detaliată. Deci imaginea obținută cu un magnet de 3 Tesla este mai detaliată decât cea obținută cu magnet de 1,5 Tesla. Tehnic, se vorbește de rezoluție spațială, adică cât de detaliata e imaginea anatomica pe care o obținem. Rezoluția spațială e mai bună cu cât magnetul e mai puternic. De asta e o noutate extraordinară, mult așteptată în neuroștiințele cognitive, introducerea și accesibilitatea tot mai mare a tomografului IRM cu putere mai mare, cum ar fi din cele de 7 Tesla.

Ai întrebat cât de detaliată e imaginea. Păi, la 3 Tesla vedem detalii care au în jur de 1 mm în realitate. La 7 Tesla vedem detalii care sunt sub 1 mm. Îți dai seama că e absolut lucrul asta.

Simina Pițur: Ce facem cu această metodă? Ce putem să studiem?

Andrei Miu: O, foarte multe lucruri. Evident că studiem anatomia, structurile de bază, și vă puteți întreba pe bună dreptate ce relevanță are asta pentru neuroștiințele cognitive, domeniul ăsta în care cercetătorii sunt interesați să înțeleagă cum creierul susține procesele psihice.

Poți să folosești IRM ca să vezi cum o activitate cognitivă produce modificări anatomice și asta e o linie de cercetare foarte interesantă, care există de vreo două decenii și ceva, în neuroștiințele cognitive. Primele studii au folosit IRM, ca să urmărească cum se modifică anatomic creierul cuiva care învață. O sarcină motor e complicată cum este jonglatul.

#sarcini

Ulterior studiile s-au extins și la alte sarcini de învățare: învățarea unei limbi străine, învățarea unei gramatici artificiale și așa mai departe, învățarea unui instrument muzical. Deci ce se face în studiile astea este să se să se studieze anatomia creierului pe parcursul unei sarcini de învățare intensive. Și ce au arătat acest test studii e ceea ce numim astăzi neuroplasticitatea asociată cu învățarea, adică ce vezi e că se produc modificări anatomice în urma învățării și care corelează cu performanța de învățare. Deci iată o aplicație foarte interesantă.

O altă aplicație, o altă direcție am putea să spunem, e legată de studierea dezvoltării sistemului nervos și că practic ce se face în studiile astea este să se folosească IRM, să se vadă cum se maturizează anatomic creierul pe parcursul dezvoltării. Deci sunt studii pe copii și pe adolescenți, preponderent. Dar sunt și studii de IRM fetal, de care poate vom vorbi alta data.

#maturizareacreierului

Pentru astăzi m-am gândit să vă dau ca exemplu un studiu longitudinal organizat în Statele Unite, de National Institute of Mental Health. E un studiu în care un grup de 145 de indivizi, care la începerea studiului aveau în jur de patru ani, au fost urmăriți până când au împlinit 22 de ani. În intervalul ăsta de 18 ani s-au făcut de mai multe IRM și s-a urmărit cum se maturizează creierul lor.

Foarte multe rezultate interesante s-au obținut în acest studiu longitudinal foarte important. O să menționez doar câteva. Un rezultat interesant este că s-a descoperit că cele două părți ale țesutului nervos, substanța albă și substanța cenușie, nu se dezvoltă la fel. Substanța albă, dacă vă aduceți aminte din alte episoade, se referă la partea din țesutul nervos în care predomină axonii mielinizați ai neuronilor, iar substanța cenușie partea din țesutul nervos în care predomină corpurile celulare ale neuronilor și dendritele acestora. Deci s a văzut că substanța albă crește liniar cu vârsta. Între 4 și 22 de ani a crescut cam cu 12% volumul de substanță albă. Liniar înseamnă că a crescut în același ritm.

#uinversat

În cazul substanței cenușii lucrurile stau altfel, depinde și de regiunea din creier la care te uiți. De exemplu, în cazul regiunilor frontale și parietale s-a văzut că densitatea substanței cenușii crește în preadolescență. În cazul regiunilor frontale crește în jurul vârstei de 11-12 ani și în cazul regiunilor parietale în jurul vârstei de 10-11 ani. Deci ai o creștere în preadolescență și după aceea o scădere a densității substanței cenușii. Deci o creștere liniară este o traiectorie de genul ăsta, în formă de U inversat să zicem.

#substantacenusie

La fel se întâmplă și în regiunile temporale, dar aici vârful de densitate cea mai mare de substanță cenușie se întâmplă mai târziu, în jurul vârstei de 16 ani, și după aceea scade densitatea substanței cenușii. Desigur, cineva mai curios sau mai cârcotaș ar putea să întrebe: dar totuși de ce e așa de interesant să știi lucrurile, astea în neuroștiințele cognitive? Pai este interesant pentru că traiectoriile acestea de dezvoltare ale creierului au fost corelate și cu dezvoltarea inteligenței și ne permit să spunem astăzi o grămadă de lucruri bazate pe dovezi obținute la om, neinvaziv cu ajutorul acestui metode minunate, IRM. Deci sunt studii care ne permit să vorbim despre cum se întâmplă dezvoltarea creierului și dezvoltarea performanței cognitive pe viu.

O altă direcție, în care a fost foarte utilă această metodă IRM, e legată de studiile de leziune, de ceea ce se cheamă neuropsihologie. Neuropsihologia e partea din neuroștiințe care se ocupă de studiul efectului leziunilor cerebrale la om și la animale. În neuropsihologie faci studii de leziune. Adică, dacă sunt studii pe om, identifici cazuri de pacienți care în urma unui accident sau după o intervenție neurochirurgicală au ajuns să prezinte leziune într-una sau mai multe structuri nervoase circumscrise.

#neuroimagistica

Studiile astea de leziune, înainte de existența metodelor neuroimagistice, erau foarte dificil de făcut. Primele studii de leziune au presupus ca medicul care urmărea cazul să îl urmărească până la sfârșitul vieții pacientului și de abia la autopsie avea ocazia să vadă unde este leziunea care s-a asociat cu deficitele pe care le observase. Un caz celebru e cazul lui Broca, cazul lui Leborgne, acum știm cum se numea acest pacient.

E cunoscut și drept cazul „tan” pentru că pacientul ăsta nu mai putea să spună decât această silabă tan, tan, tan, tan. Deci un deficit de vorbire care l-a interesat foarte tare pe Broca și a trebuit să aștepte până când Leborgne a murit și la autopsie a identificat leziunea și a susținut că ar fi o leziune în girusul frontal inferior din emisfera stângă și că regiunea asta ar fi specializată pentru vorbire, lucru care e discutabil astăzi, dar asta era unul din unul din primele studii care sugerau ce se întâmplă in creier, cum creierul susține vorbirea.

#studiulleziunilor

Mă întorc la IRM. Astăzi nu mai trebuie să aștepți să moară pacientul. Pentru că ai IRM, ai o metodă neuroimagistică, care îți permite să descrii în grad foarte mare de detaliu leziunea din creierul pacientului. Și asta a făcut posibil un progres extraordinar, o renaștere a neuropsihologiei. Renaștere care a însemnat că uite chiar și creierului lui Leborgne, care a fost conservat la un muzeu din Paris, a fost pus în tomograful de IRM și în felul ăsta s-a putut descrie mult mai precis decât a putut-o face Broca în secolul XIX, decât s-a putut descrie leziunea de la acest pacient. E vorba de mult mai mult de atat.

De exemplu, e foarte cunoscut cazul H.M. E un pacient care a murit. Acum în ultimii ani după moarte s-a aflat că îl cheamă Henry Molaison, un pacient legendar în neuropsihologie pentru că prin studiile pe acest pacient s-a descoperit ca sunt mai multe forme de memorie. Și că unele forme de memorie depind de circuite nervoase în care e implicat hipocampul. La H.M fusese lezat hipocampul. De fapt i se făcuse o intervenție chirurgicală, în care îi fusesera extripate structurile hipocampice, din ambele emisfere.

#detaliu

Deci, ce vreau să spun este că sigur că se știa ce leziune prezenta H.M. dar, odată ce a fost disponibil IRM, i s-a făcut IRM, s-a descris leziunea în mare detaliu. S-a descoperit că rămășițe din structurile de pe lângă hipocamp erau încă acolo, ceea ce a fost neașteptat, și asta a explicat niște lucruri. De ce anumite abilități mnezice prezente la H.M. mai erau încă integre. Mă rog, putem să vorbim altădată, când vom vorbi despre memorie, probabil vor fi mai multe dintre episoade despre asta. Era doar un exemplu de caz, de pacient cu leziuni în creier, care iată datorită IRM-ului a putut să fie studiat, inclusiv la nivel cerebral.

#deficitecognitive

Și mai sunt și alte cazuri. Poate mai menționez încă unul, e un caz iarăși foarte cunoscut. E.V.R, un caz descris de neuropsihologul Antonio Damasio, neuropsiholog american de origine portugheză, caz care seamănă cu un caz celebru din secolul XIX, cazul Phineas Gage, Un muncitor la calea ferată, care a suferit o leziune pre-frontală, și după leziunea asta medicul care s-a ocupat de acest caz a descris o serie de modificări de personalitate, de activitate cognitivă și așa mai departe. Dar era o enigmă dacă leziunile prefrontale se asociază cu deficite cognitive specifice și a venit cazul ăsta E.V.R, descoperit de Antonio Damasio și colegii săi.

#revolutie

Cu ajutorul IRM s-a arătat foarte clar că e o leziune prefrontală într-o regiune similară cu cea care credem că a fost afectată și la Phineas Gage, pacientul din secolul XIX. Și sigur că cu mijloacele de testare cognitivă din ziua de astăzi, Damasio a putut să arate că regiunea asta prefrontală lezată venise cu deficite de decizie în probe de decizie în care emoțiile aveau un rol important. Iarăși, e un subiect de care poate vom vorbi altă dată.

Ce încerc să spun este că IRM a revoluționat neuroștiințele cognitive și neuropsihologia. Și uite poate încă un lucru: la ora actuală datorită posibilității de a descrie leziunile din creierul pacienților neuropsihologici s-au creat și arhive. Astfel de cazuri arhive, cum ar fi Iowa Neurological Patient Registry, care include sute de cazuri de pacienți cu leziuni circumscrise în diferite regiuni, și vă dați seama că aceste arhive le permit cercetătorilor să facă neuropsihologie cantitativă. Adică să treacă dincolo de un caz la care e prezentă o leziune, la care apare un deficit cognitiv, și să treacă la grupuri de pacienți, care prezintă cam aceeași leziune și care la care vezi același tip de deficit cognitiv, ceea ce sigur îți permite să generalizezi cu mult mai multă ușurință.

Simina Pițur: La începutul episodului ai menționat că e o variantă atomică și una funcțională. Ce ne poți spune despre varianta funcțională?

Andrei Miu: Primul lucru pe care vreau să-l clarific este că prin IRM funcțional evaluăm activitatea creierului dar e o evaluare pe baza modificărilor vasculare, care sunt asociate cu activitatea electrică din creier. Deci e o metodă care ne permite să înregistrăm ceea ce oamenii de știință numesc un semnal hemodinamic. E vorba, așa cum am zis, de modificări vasculare asociate cu modificările de activitate electrică, din diferite regiuni ale creierului.

Trebuie să plecăm de la ce știm despre despre IRM. IRM e o metodă care se bazează pe proprietățile magnetice ale țesutului. Și IRM funcțional aduce în peisaj, în poveste, o moleculă care are proprietatea de a crea deformări în câmpul magnetic. E o moleculă numită deoxihemoglobină, care este nimic altceva decât hemoglobină, molecula care cară, fixează și transportă oxigen și care e prezentă în eritrocite, în globulele noastre roșii. Deoxihemoglobina asta e practic hemoglobină fără o parte din oxigen.

#deoxihemoglobina

Deci să plecăm de la punctul ăsta. Deoxihemoglobina produce deformări în câmpul magnetic, o putem detecta și ea este o variantă de hemoglobină fără o parte din oxigen. Ce s-a întâmplat cu acel oxigen? Păi l-a consumat țesutul dintr-o anumită regiune a creierului. De ce a consumat mai mult oxigen tesutul într-un anumit moment? Pentru ca a crescut activitatea electrică în acea regiune, semn ca regiunea respectivă e implicată în procesarea informației care e prezentată omului în acel moment. Deci a crescut activitatea electrică, a crescut consumul de oxigen, în acea regiune și asta a dus la acumularea de deoxihemoglobina. Și putem să detectăm deoxihemoglobina pe viu, neinvaziv, cu ajutorul IRMf.Pe scurt cam asta e povestea.

#bold

Hai să adăugăm niște detalii. Un lucru important este să spunem că, ce inregistram cu IRMf e un tip de semnal care se cheamă semnal Bold (blood oxygen level dependent). Deci e un semnal care clar reflectă modificări vasculare. Și un alt lucru foarte important e să înțelegem asocierea asta dintre activitate electrică a creierului și modificările vasculare care vin cu activitatea electrică și o să vă spun imediat de ce. E vorba de ceva ce oamenii de știință numesc cuplare neurovasculară și se referă conceptul ăsta, la relația dintre activitate electrică și modificările vasculare.

Practic, ce se știe este că odată ce crește activitate electrică într-o anumită regiune va veni mai mult sânge oxigenat, deci va crește ceea ce numim flux sangvin cerebral local. Cu sângele ăsta va veni oxigen și va veni și glucoză. Pe lângă că vine mai mult sânge cu oxigen și glucoză, ca urmare a creșterii activității electrice, va și crește consumul de oxigen și glucoză. Ca urmare, din combinația asta de factori, rezultă mai multă deoxihemoglobină pe care cum spuneam o putem detecta din fericire. E o adevărată substanță de contrast endogenă prezentă în creier.

#fluxsanguin

Dar de ce am menționat de cuplarea neurovasculară? Pentru că cuplarea asta neurovasculară e lentă. Are e nevoie cam de 1-2 secunde pentru ca după creșterea activității electrice să crească fluxul sangvin cerebral local, consumul tisular de oxigen și așa mai departe. Vârful se atinge pe la vreo 4-5 secunde. Deci iată, modificările vasculare care vin cu schimbarea de activitate electrică din creier sunt lente, e nevoie de câteva secunde bune ca să se întâmple și asta înseamnă că dacă în IRM funcțional se bazează pe detectarea acestor modificări vasculare, pe cuplarea neurovasculară, metoda asta nu poate decât să aibă o rezolutie temporala relativ slabă.

De ce zic asta? Păi, să vă gândiți că modificările electrice din creier se întâmplă foarte rapid. Se pot succeda odată la câteva milisecunde astfel de modificări. Milisecunde. Ori modificările vasculare pe care le antrenează au nevoie de secunde întregi și noi asta înregistrăm. Deci înregistrăm modificările vasculare care sunt mai lente și care ne permit să vedem doar din când în când ce se întâmplă în creier. Dar, ca să vedem partea bună, sunt studii în care s-a înregistrat și activitatea electrică și semnalul Bold cu ajutorul IRMf și nu e niciun dubiu că e o legătură între activitatea electrică și semnalul Bold.

#rezolutietemporala

Deci, chiar dacă rezoluția temporală, din cauza cuplării neurovasculare lente, e inerent lentă, e o rezoluție temporală relativ slabă, putem să ne bazăm pe metoda asta ca o metodă care ne arată cum se schimbă activitatea în diferite regiuni ale creierului de la un moment la altul, de la o perioadă de câteva secunde la alta. Deci IRMf a schimbat felul în care oamenii de știință din domeniul ăsta studiază creierul. E practic una din cele două metode foarte larg folosite în neuroștiințele cognitive, e folosită în mii de studii în fiecare an și aș vrea să explic un pic ce se întâmplă, într-un asemenea studiu de IRMf.

Practic, bagi participantul în magnetul de IRM, e același aparat ca la IRM anatomic, dar înregistrez un alt tip de semnal și vrei să vezi activitatea din creier în timpul unei sarcini cognitive. Deci omul trebuie să facă ceva în timp ce îi faci IRM. De obicei asta presupune ca cu ajutorul unor lentile să se proiecteze imagini în tomograf, imagini pe care omul le vede și poți să înregistrezi activitatea creierului în timp ce vede.

#imaginiactivatoare

De exemplu, două categorii de imagini pot fi: imagini activatoare emoțional și imagini neutre emoțional. Ce mai vreau să spun e că sarcinile cognitive pe care le poate face cineva în magnetul de IRM într-un studiu de IRM funcțional sunt limitate pentru că o problemă pe care o poți întâmpina cu metoda asta sunt artefactele de mișcare. Participantul n-are voie să să miște, i se și fixează capul într-un fel prietenos, să zicem (râde). Dar i se spune foarte clar că trebuie să se miște cât mai puțin și atunci nu pot să îi dai sarcinii în care să trebuiască să vorbească, de exemplu. Dar se poate uita la imagini, se poate uita la secvențe de film, poate să asculte muzică și gândiți-vă câte studii au fost posibile datorită acestei metode.

Bun și acum merg mai departe cu ce voiam să spun. Întotdeauna în studiile astea se prezintă cel puțin două tipuri de stimuli. Cum ziceam de exemplu: imagini neutre emoțional si imagine activatoare emoțional. Pentru că, dacă te uiți la activitatea creierului indiferent că omul nu face nimic sau își lasă gândurile să zboare sau îi dai ceva de făcut, indiferent ce este, să se uite la imagini la filme, orice ar face, vei vedea fără surpriză că tot creierul e activ. Asta e un lucru foarte important de priceput.

#activitatecerebrala

Deci creierul are activitate continuu, în fiecare bucățică, în fiecare moment al vieții noastre și asta se întâmplă până când murim. Viața înseamnă la mamifere activitate continuă a creierului, răspândită în efectiv fiecare bucățică de unitate de volum a creierului. Deci dacă ne-am uita la ce se întâmplă în timp ce omul vede imaginea activatoare emoțional, am vedea un tipar de activitate cerebrală care e peste tot. Unele zone sunt mai active decât altele, dar toate sunt active. Uite ăsta e foarte important, toate părțile creierului sunt active într-o anumită măsură.

Ca să poți vedea ce se schimbă specific atunci când omul vede, de exemplu, imagini activatoare emoțional, trebuie să compari tiparul de activitate cerebrală din timp cu prezentării acestor imagini cu un alt tip de stimul care e foarte asemănător, care diferă pe o singură dimensiune. Deci compari de exemplu cu tiparul de activitate cerebrală din timpul prezentării unor imagini neutre emoțional, care au conținut asemănător, au aceeași rezoluție, deci sunt sunt ca și calitate foarte similare (ca și calitate perceptivă) dar nu sunt activatoare emoțional.

#contrast

Asta e diferența, și ce faci e un contrast. Adică faci o comparație între tiparul de activitate cerebrală în timpul imaginilor activatoare emoțional și tiparul de activitate cerebrală, în timpul imaginilor de control neutre emoțional. Și ce vedem descris în studii, și de multe ori prost prezentat în articole de presă, sunt în locurile din creier care fac diferența între cele două condiții altfel foarte asemănătoare. Deci se face un contrast întotdeauna între două condiții.

De ce am zis că știrile prezintă distorsionat aceste rezultate? Pentru că ni se spune de multe ori s-a descoperit partea din creier specializată pentru nu știu ce, în care e generată frica sau care e responsabilă de clipit sau de nu știu, de tresărirea la secvențele de de groază din filme. Glumesc. De fapt nu e vorba de asta. E vorba de, în condiția respectivă, a fost nevoie de tot creierul cum v-am spus, dar față de o condiție foarte asemănătoare a fost o mică diferență. Mică – mare diferență. Și practic, studiile asta identifică. Ce se modifică, ce e specific în tiparul de activitate cerebrală care, repet, e distribuit în tot creierul, în timpul unei condiții față de alta. Deci rezultatul acestui contrast, de care vorbeam.

Simina Pițur: Spune-ne, te rog, cum au schimbat aceste studii care folosesc IRMf, în ultimele decenii, felul în care credem că funcționează creierul?

E foarte interesantă întrebarea și mă bucur să am ocazia să spun câte ceva despre asta. Sunt două perioade de folosire sau de cercetare cu ajutorul IRM funcțional. O perioadă, prima perioadă, s-a întâmplat până de curând, deci putem să spunem că s-a încheiat acum câțiva ani. E o perioadă care a început la sfârșitul anilor ’90 când IRM funcțional a intrat în uzul larg al cercetătorilor și e o perioadă în care cercetătorii au fost interesați să descopere ce se modifică specific în activitatea creierului în timpul unor sarcini cognitive foarte specifice.

Deci au existat studii despre o grămadă de lucruri despre memorie de lucru de diferite feluri, despre atenție de diferite feluri, despre emoții de diferite feluri. Și ce e important, reprezentativ pentru perioada asta e că studiile s-au uitat la o singură astfel de sarcină cognitivă, evident făcându-se contrast cu o condiție de control. Dar n-au existat foarte multe studii care să fi încercat să se uite la ce se modifică în creier în timpul mai multor sarcini cognitive, cum au fost cele menționate anterior legate de reamintirea trecutului și imaginarea viitorului.

#neolocalizationism

Studiile astea au venit mai de curând. Și de ce e important? Pentru că practic perioada asta a fost marcată de un soi de neolocalizationism, adică studiile susțineau că uite s-a descoperit că în următoarele structuri nervoase s-ar modifica activitatea specific pentru această funcție, pentru memorie de lucru vizio-spațială, de exemplu. Deci se vorbea de implicare specifică a unor circuite nervoase într-o funcție, fără să se susțină cu argumente specificitatea asta, pentru că se studia doar acea sarcină cognitiva.

În ultimii ani lucrurile s-au schimbat și asta a adus o revoluție care va continua să schimbe felul în care concepem funcționarea creierului. Ce s-a întâmplat a fost că studiile de IRMf, proiectele mari în care e implicată metoda asta, au început să se uite, să compare între tiparele de activitate din diferite sarcini cognitive. Sunt studii în care pur și simplu s-au combinat datele din mai multe studii de IRMf anterioare, cu ajutorul unei abordări care se numește metaanaliza și practic așa s-a ajuns să se înțeleagă că nu avem modificări specifice în timpul fricii. N-avem modificări specifice ale creierului în timpul emoțiilor, pentru că vedem aceleași tipuri de modificări și în unele procese cognitive.

#circuitenervoase

Din astfel de metaanalize, a rezultat ideea asta că procesele cognitive ar fi produsul unor circuite nervoase, ale unor rețele cerebrale care nu sunt absolut specializate. Sunt relativ specializate, contribuie la mai multe funcții. Deci, dacă vreți sa marcam un punct teoretic, felul în care concepem funcționarea creierului la ora actuală se bazează pe două observații care au fost susținute de studiile recente de IRMf. O astfel de observație este că niciun proces psihic nu este susținut de o singură structură nervoasă. Întotdeauna e vorba de circuite nervoase sau dacă vreți, de rețelele cerebrale foarte extinse. Asta se numește pluripotențialitate funcțională.

#generarefunctionala

Un alt principiu, care e susținut de datele de IRMf, este că orice proces psihic poate să fie susținut de mai multe circuite nervoase, care funcționează în paralel sau alternativ. Asta e a fost numit generare funcțională, în sensul că, pentru orice proces psihic ai mai multe mecanisme care pot să să îl susțină în creier. Deci iată, metaanalizele au dus la aceste rezultate absolut revoluționare și au scăzut foarte mult tăria cu care oamenii de știință susțin la ora actuală că anumite modificări din creier ar fi specifice pentru ceva. Practic studiile astea au atras atenția că trebuie să avem dovezi directe când susținem că o anumită rețea cerebrală ar fi implicată specific într-o anumită funcție.

Pe lângă metaanalize, au fost inițiate și proiecte intensive, în care s-a folosit IRM funcțional ca să se vadă cum se modifică specific activitatea cerebrală în timpul mai multor sarcini cognitive. De exemplu, un astfel de proiect este Individual Brain Charting Project, în care un grup relativ mic de participanti a fost trecut prin IRMf în timpul foarte multori sarcini cognitive. S-au făcut 200 de contraste în aceste studii din Individual Brain Charting Project.

#humanconnectome

Un alt exemplu de de proiect intensiv de imagistică funcțională este Human Connectome Project (proiectul conectomului uman), care a început în 2010 și care și a propus să aducă date care să permită compararea foarte detaliată la nivel anatomic și funcțional a creierului de la un grup relativ mare de oameni. E vorba de un grup de un eșantion de 1200 de oameni, care au fost scanați cu ajutorul IRM și IRM funcțional, în timpul mai multor sarcini cognitive. Toți au trecut prin aceste evaluări făcute cu IRM la 3 Tesla. O parte dintre ei, 200 de participanți, au trecut prin aceleași testări într-un IRM de 7 Tesla și un subgrup 100 de oameni au trecut prin aceleași testări făcute cu metode neurofiziologice diferite, e vorba de electroencefalogramă și magnetoencefalogramă, care permit înregistrarea activității electrice a creierului.

Deci iată și Human Connectome Project este încă un exemplu de proiect care atrage atenția că nu mai e suficient să ne uităm la ce se întâmplă în creier în timpul unei singure sarcini cognitive, ci trebuie sa ne uităm la ce se întâmplă în timpul mai multor condiții de genul ăsta și să vedem în ce măsură se susține specificitatea. Concluzia deocamdată pare să fie aceasta, că nu se mai poate vorbi de specializare la modul absolut. Se vorbește de specializare relativă, în sensul că orice structură nervoasă vedem că este implicată în mai multe procese cognitive. Și sigur perspectiva asta se va dezvolta. Sunt convins că va schimba felul în care concepem funcționarea creierului. Deci IRMf e o metodă care continuă să să revoluționeze și din punct de vedere teoretic neuroștiințele cognitive.