i de tidlige dagene av funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) analyserte forskere for det meste hvordan hjerneområder reagerte på en stimulus, enten et lys, en støy eller en slags kognitiv oppgave. Men Som kandidatstudent ved Medical College Of Wisconsin I Milwaukee hadde Bharat Biswal en uvanlig forespørsel fra sine fmri-testpersoner: klatre inn i skanneren og gjør, vel, ingenting.
standardmodusnettverket, vist her i hvilestatus fMRI-skanninger (Øvre), inkluderer den bakre cingulate cortex, hippocampus og den mediale prefrontale cortex. Diffusjon tensor imaging, EN MR-teknikk som fremhever hjernens hvite materie, avslører nervefibre som forbinder disse hjernegruppene (posterior cingulate cortex i rødt; medial prefrontal cortex i gul; hippocampus i grønt og rosa). Tilpasset fra ref. 5, med tillatelse Fra Oxford University Press.Biswal forventet at den spontane nevrale skravlingen i ro ville være mer eller mindre tilfeldig og ustrukturert. I stedet så han struktur, organisasjon, korrelasjoner mellom grupper av hjernegrupper som var kjent for å fungere sammen. Ulike regioner i hjernens sensorimotoriske system svingte sakte og synkront i fravær av eksplisitt oppgave. Det var det første skrittet mot studiet av «hvilestatstilkobling», en tilnærming som lover å hjelpe forskere med å studere funksjonell organisering av både den sunne og unormale hjernen, særlig hos barn og andre som ikke kan fullføre utfordrende kognitive oppgaver. (Se Perspektiv side 14105.)
Biswals 1995-papir, som nå er anerkjent som en seminal hvilestatus fMRI-studie, fikk liten oppmerksomhet først (1). Men i 2001, Nevroforsker Marcus Raichle og hans kolleger Ved Washington University I St. Louis utløste utbredt interesse for tilnærmingen da de beskrev et tidligere ukjent hjernenettverk som syntes å spille en nøkkelrolle i en baseline eller standardmodus i hjernen (2). I motsetning til sensorimotoriske og flere andre hjernenettverk, som først ble identifisert ved aktivering under oppgaver, viste dette mysterienettverket høy baseline aktivitet som faktisk ble redusert når fag engasjert i en rekke kognitive oppgaver.»Det sa noe viktig om hjernens pågående aktivitet, og det faktum at det ikke bare sitter der og venter på at noen i en hvit frakk skal komme og fortelle deg hva Du skal gjøre,» sier Raichle.Fascinert av hva hjernen kunne gjøre under angivelig inaktive perioder, Begynte Raichle og andre å utforske dette såkalte «standardmodusnettverket», som syntes å være involvert i kognitive prosesser på høyt nivå, som selvbevissthet og minne. Michael Greicius, en atferds neuroscientist Ved Stanford University I California, fulgte snart På Raichles arbeid ved å demonstrere at de enkelte komponentene i hjernens standardmodusnettverk i ro viser korrelerte svingninger, akkurat Som Biswal hadde sett for det sensorimotoriske nettverket (3).»den serien av papirer økte virkelig profilen til forskningen,» sier Biswal, nå professor Ved New Jersey Institute Of Technology I Newark. Funnene antydet at nettverk av hjernegrupper som aktiverer eller deaktiverer sammen under oppgaver, opprettholder signaturer av deres tilkobling som kan oppdages og studeres selv i ro. Potensielt betydde det at nevrologer ville kunne kartlegge hjernens grunnleggende ledningsdiagram uten bruk av spesialdesignede oppgaver.ideen genererte intens interesse, men også en sunn dose skepsis fra mange nevrologer. «Det virket bare for godt til å være sant, og for lett,» sier Greicius. «Folk begynte å lure på om det virkelig kunne være nevrale.»Mange forskere spurte i utgangspunktet om de rytmiske, synkroniserte fluktuasjonene som ble observert under hvilestaten, kunne være gjenstander av andre kroppsfunksjoner, for eksempel pust eller hjerteslag. Men disse tvilene gradvis falmet som flere studier replikert og utvidet på de tidlige funnene. Forskning viste at den korrelerte aktiviteten løp langs strukturelle nettverk av nervefibre i hjernen, og at kirurgisk kutting av forbindelser mellom områder kunne forstyrre hvilestatens nettverksaktivitet, alt tyder på at korrelasjonene reflekterte et ekte og grunnleggende aspekt av nevronkommunikasjon(4⇓-6). Den nøyaktige funksjonen til standardmodusnettverket er fortsatt et spørsmål om debatt, men komponenthjerneregionene er involvert i slike prosesser som selvrefererende tenkning, emosjonell behandling og tilbakekalling av minner.I Tillegg til sensorimotoriske og standardmodusnettverk har mange andre hjernenettverk nå blitt observert i ro, inkludert de som er involvert i syn,hørsel og minne (7). I hvert av disse tilfellene synes de samme områdene som brenner sammen under oppgaver å nynne sammen i ro, og opprettholde en signatur av deres funksjonelle organisasjon. De langsomme, synkroniserte svingningene i hvert nettverk—som er uavhengige av hverandre-er også bemerkelsesverdig robuste og vedvarer selv under søvn og under anestesi (8, 9).
de siste årene har aksept av tilnærmingen tatt av. OG i 2010, da NIH lanserte Human Connectome Project-en storstilt, femårig innsats for å kartlegge hjernenettene til mer enn 1000 mennesker – valgte byrået hvilestatsfmri som en av kjerneteknikkene for prosjektet. «Det var et stort signal fra feltet som helhet at hvilestatstilkoblingen er klar for prime time,» sier Greicius.med hvile-state fMRI, kan nevrologer studere hjerneaktivitet hos små barn eller pasienter som ellers ikke ville være i stand til å fullføre lange eksperimenter eller utføre komplekse kognitive oppgaver. Og i motsetning til oppgavebasert bildebehandling, som vanligvis fremhever et enkelt hjernenettverk som er forbundet med en gitt oppgave, gir hvile-state fMRI forskere mulighet til å observere mange nettverk samtidig. Enkelheten i prosedyren og dens relativt korte varighet (ofte tar omtrent 5-10 minutter sammenlignet med 30 minutter eller mer for mange oppgavebaserte studier), har også gjort det lettere for forskere å replikere hverandres eksperimenter og sammenligne resultater.Neuroscientist Wei Gao, Ved Cedars-Sinai Medical Center I Los Angeles, er en av flere etterforskere som bruker hvile-state fMRI i sovende spedbarn for å studere hvordan hjernenettverk dannes og utvikler seg under utvikling. Mens noen kretser, som det sensorimotoriske nettverket og det auditive nettverket, virker ganske veletablerte ved fødselen, Har Gao funnet ut at andre nettverk, som standardmodusnettverket, er mye langsommere å utvikle (10).»ved to ukers alder er det ikke et standardmodusnettverk i seg selv, bare isolerte hjernegrupper,» sier han. Gaos resultater viser at kjerneregioner i nettverket gradvis synkroniseres opp i løpet av det første året, med ytterligere forbedringer som fortsetter minst til to år (10, 11). Funksjonen til disse endringene er fortsatt uklar; Men Gaos funn stemmer overens med psykologiske data som viser at babyer vanligvis initierer selvoppofrende og flau oppførsel mellom 14 og 20 måneder, og lærer å gjenkjenne sine egne refleksjoner mellom 20 og 24 måneder (12).Hvile-state imaging kan også gi ny innsikt i hvordan hjernens tilkobling går galt. Forstyrrelse av standardmodusnettverket har for eksempel vært forbundet Med Alzheimers sykdom, depresjon, autisme og skizofreni (13). I tilfelle av autisme har både oppgavebaserte og noen hvilestatsstudier også avslørt unormale mønstre «Å kunne bruke hvilestatus for å skanne små barn og personer med en rekke evner er en god ting for feltet klinisk.»- Lucina Uddinof tilkobling i flere andre nettverk, inkludert de som er involvert i arbeidsminne, språk, følelsesbehandling og sosial kognisjon (14).»Vi er fortsatt i de tidlige faser av oppdagelsen,» sier kognitiv nevroforsker Lucina Uddin, som studerer autisme hos barn ved University Of Miami I Florida. Med oppgavebasert bildebehandling som har dominert feltet i flere tiår, finnes det mangel på data fra barn og personer med alvorlige autismesymptomer, som ofte ikke kan fullføre et standard psykologisk eksperiment i skanneren. «Å kunne bruke hvilestatus for å skanne små barn og personer med en rekke evner er en god ting for feltet klinisk,» sier Uddin. så langt har fMRI biomarkører for diagnostisering av personer med autisme eller nevrodegenerative sykdommer vist seg vanskelig å utvikle. Men forskere håper å bruke hvilestatstilkobling for å forbedre behandlinger for nevropsykiatriske pasienter som allerede har blitt diagnostisert på annen måte.ved Harvard Medical School i Boston, Massachusetts, undersøker nevrolog Michael Fox nettverkene som er involvert i terapeutisk hjernestimulering, et sett med teknikker som brukes til å behandle Parkinsons sykdom, depresjon og andre forhold. Forskere har fortsatt bare en vag forståelse av hvordan disse teknikkene lindrer nevrologiske symptomer, og hvorfor visse stimuleringssteder er mest effektive.»Hvis du vil prøve å forstå hvordan hjernestimulering forplantes og påvirker et nettverk, må du forstå hva det nettverket ser ut,» sier Fox. En nylig hvilestatstilkoblingsstudie av hans gruppe antyder at forskjellige stimuleringssteder som fungerer for samme lidelse, ofte tilhører det samme hjernenettverket, mens ineffektive nettsteder ikke ser ut til å være tilkoblet (15). Funnet, Sier Fox, antyder at i fremtiden kan hvilestatstilkoblingskart brukes til å forutsi om enkelte nettsteder vil være effektive hos en enkelt pasient, eller å finne nye kandidatsteder for stimulering.
Programmer for hviletilstandstilkobling fortsetter å utvides. «Jeg tror ikke jeg hadde forventet at det senere ville være så mye interesse for dette arbeidet,» sier Biswal. Raichle og andre krediterer teknikkens enkelhet og allsidighet. «Du kan studere nyfødte barn og se dem utvikle seg, og du kan hoppe til den andre enden av spekteret og studere folk som er aldrende og ikke fungerer bra,» sier han. «Det har virkelig åpnet døren for å studere hjernens funksjonelle organisasjon.»