în primele zile ale imagisticii prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI), cercetătorii au analizat în cea mai mare parte modul în care zonele creierului răspund la un stimul, fie că este vorba de o lumină, de un zgomot sau de un fel de sarcină cognitivă. Dar, ca student absolvent la Colegiul Medical din Wisconsin Din Milwaukee, Bharat Biswal a avut o cerere neobișnuită a subiecților săi de testare fMRI: urcați în scaner și nu faceți nimic.
rețeaua de mod implicit, prezentată aici în scanările fMRI în stare de repaus (superioară), include cortexul cingulat posterior, hipocampul și cortexul prefrontal medial. Imagistica tensorului de difuzie (inferior), o tehnică RMN care evidențiază materia albă a creierului, dezvăluie fibrele nervoase care leagă aceste regiuni ale creierului (cortexul cingulat posterior în roșu; cortexul prefrontal medial în galben; hipocampul în verde și roz). Adaptat după ref. 5, cu permisiunea Oxford University Press.
Biswal se aștepta ca discuțiile neuronale spontane în repaus să fie mai mult sau mai puțin aleatorii și nestructurate. În schimb, el a văzut structura, organizarea, corelațiile dintre grupurile de regiuni ale creierului despre care se știa că funcționează împreună. Diferite regiuni ale sistemului senzorimotor al creierului au fluctuat încet și sincron în absența oricărei sarcini explicite. A fost primul pas spre studiul „conectivității în stare de repaus”, o abordare care promite să ajute cercetătorii să studieze organizarea funcțională a creierului sănătos și anormal, în special la copii și la alții care nu pot îndeplini sarcini cognitive provocatoare. (A se vedea pagina perspectivă 14105.)
lucrarea lui Biswal din 1995, care este acum recunoscută ca un studiu fMRI în stare de repaus seminal, a primit puțină atenție la început (1). Dar în 2001, neurologul Marcus Raichle și colegii săi de la Universitatea Washington din St. Louis a stârnit un interes larg pentru abordare atunci când au descris o rețea cerebrală necunoscută anterior care părea să joace un rol cheie într-un mod de bază sau implicit al creierului (2). Spre deosebire de sensorimotor și alte câteva rețele ale creierului, care au fost identificate inițial prin activarea lor în timpul sarcinilor, această rețea misterioasă a afișat o activitate de bază ridicată care a scăzut de fapt atunci când subiecții s-au angajat într-o varietate de sarcini cognitive.
„a spus ceva important despre activitatea continuă a creierului și despre faptul că nu stă doar acolo așteptând ca cineva în halat alb să vină și să vă spună ce să faceți”, spune Raichle.intrigat de ceea ce ar putea face creierul în perioadele presupuse inactive, Raichle și alții au început să exploreze această așa-numită „rețea de mod implicit”, care părea să fie implicată în procese cognitive la nivel înalt, cum ar fi conștiința de sine și memoria. Michael Greicius, un neurolog comportamental de la Universitatea Stanford din California, a urmat în curând lucrarea lui Raichle demonstrând că, în repaus, componentele individuale ale rețelei de mod implicit a creierului arată oscilații corelate, la fel cum Biswal a văzut pentru rețeaua senzorimotor (3).”această serie de lucrări a crescut într-adevăr profilul cercetării”, spune Biswal, acum profesor la Institutul de Tehnologie din New Jersey din Newark. Rezultatele au sugerat că rețelele de regiuni ale creierului care activează sau dezactivează împreună în timpul sarcinilor mențin semnături ale conectivității lor care pot fi detectate și studiate chiar și în repaus. Potențial, aceasta a însemnat că neurologii ar fi capabili să cartografieze schema de conexiuni de bază a creierului fără a utiliza SARCINI special concepute.
ideea a generat un interes intens, dar și o doză sănătoasă de scepticism din partea multor neurologi. „Părea prea frumos ca să fie adevărat și prea ușor”, spune Greicius. „Oamenii au început să se întrebe dacă ar putea fi într-adevăr neuronale.”
mulți cercetători s-au întrebat inițial dacă fluctuațiile ritmice, sincronizate observate în timpul stării de repaus ar putea fi artefacte ale altor funcții ale corpului, cum ar fi respirația sau bătăile inimii. Dar aceste îndoieli au dispărut treptat, pe măsură ce mai multe studii s-au replicat și s-au extins asupra descoperirilor timpurii. Cercetările au arătat că activitatea corelată se desfășura de-a lungul rețelelor structurale de fibre nervoase din creier și că întreruperea chirurgicală a conexiunilor dintre zone ar putea perturba activitatea rețelei de stare de repaus, toate sugerând că corelațiile reflectă un aspect autentic și fundamental al comunicării neuronale (4-6). Funcția exactă a rețelei de mod implicit rămâne o chestiune de dezbatere, dar regiunile sale componente ale creierului sunt implicate în procese precum gândirea autoreferențială, procesarea emoțională și amintirea amintirilor.
pe lângă rețelele senzorimotor și modul implicit, multe alte rețele ale creierului au fost observate acum în repaus, inclusiv cele implicate în viziune, auz și memorie (7). În fiecare dintre aceste cazuri, aceleași regiuni care se aprind împreună în timpul sarcinilor par să zumzăie împreună în repaus, menținând o semnătură a organizării lor funcționale. Oscilațiile lente, sincronizate din cadrul fiecărei rețele-care sunt independente una de cealaltă-sunt, de asemenea, remarcabil de robuste, persistând chiar și în timpul somnului și sub anestezie (8, 9).
în ultimii ani, acceptarea abordării a decolat. Și în 2010, când NIH a lansat proiectul Human Connectome—un efort pe scară largă, de cinci ani, pentru a cartografia rețelele creierului a peste 1.000 de persoane-agenția a selectat fMRI în stare de repaus ca una dintre tehnicile de bază ale proiectului. „Acesta a fost un semnal mare din câmpul în general că conectivitatea în stare de repaus este pregătită pentru prime time”, Spune Greicius.
cu fMRI în stare de repaus, neurologii pot studia activitatea creierului la copii mici sau la pacienți care altfel nu ar fi în măsură să finalizeze experimente lungi sau să îndeplinească sarcini cognitive complexe. Și spre deosebire de imagistica bazată pe sarcini, care evidențiază de obicei o singură rețea cerebrală asociată cu orice sarcină dată, fMRI în stare de repaus permite cercetătorilor să observe mai multe rețele simultan. Simplitatea procedurii și durata sa relativ scurtă (adesea durează aproximativ 5-10 minute în comparație cu 30 de minute sau mai mult pentru multe studii bazate pe sarcini), au făcut, de asemenea, mai ușor pentru cercetători să reproducă reciproc experimentele și să compare rezultatele.neurologul Wei Gao, de la Centrul Medical Cedars-Sinai din Los Angeles, este unul dintre mai mulți investigatori care utilizează RMN în stare de repaus la sugarii adormiți pentru a studia modul în care rețelele creierului se formează și evoluează în timpul dezvoltării. În timp ce unele circuite, cum ar fi rețeaua senzorimotor și rețeaua auditivă, par destul de bine stabilite la naștere, Gao a descoperit că alte rețele, cum ar fi rețeaua de mod implicit, sunt mult mai lente de dezvoltat (10).
„la vârsta de două săptămâni, nu există o rețea de mod implicit în sine, doar regiuni izolate ale creierului”, spune el. Rezultatele Gao arată că regiunile de bază ale rețelei se sincronizează treptat în primul an, rafinările suplimentare continuând cel puțin până la vârsta de doi ani (10, 11). Funcția acestor schimbări este încă neclară; dar descoperirile lui Gao se aliniază cu datele psihologice care arată că bebelușii inițiază de obicei comportamente de auto-admirație și jenare între 14 și 20 de luni și învață să-și recunoască propriile reflecții între 20 și 24 de Luni (12).
imagistica în stare de repaus poate oferi, de asemenea, noi perspective asupra modului în care conectivitatea creierului merge prost. Întreruperea rețelei de mod implicit, de exemplu, a fost asociată cu boala Alzheimer, depresia, autismul și schizofrenia (13). În cazul autismului, atât studiile bazate pe sarcini, cât și unele studii privind starea de repaus au dezvăluit, de asemenea, modele anormale „a fi capabil să folosești starea de repaus pentru a scana copiii mici și persoanele cu o serie de abilități este un lucru minunat pentru domeniu clinic.”- Lucina Uddinof conectivitate în mai multe alte rețele, inclusiv cele implicate în memoria de lucru, limbajul, procesarea emoțiilor și cunoașterea socială (14).
„suntem încă în fazele timpurii ale descoperirii”, spune neurologul cognitiv Lucina Uddin, care studiază autismul la copii la Universitatea din Miami din Florida. Cu imagistica bazată pe sarcini care a dominat domeniul de zeci de ani, există o lipsă de date de la copii și persoane cu simptome severe de autism, care adesea nu pot finaliza un experiment psihologic standard în scaner. „Posibilitatea de a folosi starea de repaus pentru a scana copiii mici și persoanele cu o serie de abilități este un lucru minunat pentru domeniu clinic”, spune Uddin.până în prezent, biomarkerii fMRI pentru diagnosticarea persoanelor cu autism sau boli neurodegenerative s-au dovedit dificil de dezvoltat. Dar oamenii de știință speră să utilizeze conectivitatea în stare de repaus pentru a ajuta la îmbunătățirea tratamentelor pentru pacienții neuropsihiatrici care au fost deja diagnosticați prin alte mijloace.la Harvard Medical School din Boston, Massachusetts, neurologul Michael Fox investighează rețelele implicate în stimularea creierului terapeutic, un set de tehnici utilizate pentru a trata boala Parkinson, depresia și alte afecțiuni. Cercetătorii au încă doar o înțelegere vagă a modului în care aceste tehnici ameliorează simptomele neurologice și de ce anumite site-uri de stimulare sunt cele mai eficiente.”dacă doriți să încercați să înțelegeți cum se propagă stimularea creierului și afectează o rețea, trebuie să înțelegeți cum arată acea rețea”, spune Fox. Un studiu recent de conectivitate în stare de repaus realizat de grupul său sugerează că diferite site-uri de stimulare care funcționează pentru aceeași tulburare aparțin adesea aceleiași rețele cerebrale, în timp ce site-urile ineficiente par să nu fie conectate (15). Descoperirea, spune Fox, sugerează că, în viitor, hărțile de conectivitate în stare de repaus ar putea fi utilizate pentru a prezice dacă anumite site-uri vor fi eficiente la un pacient individual sau pentru a localiza noi site-uri candidate pentru stimulare.
aplicațiile pentru conectivitatea în stare de repaus continuă să se extindă. „Nu cred că am anticipat că mai târziu va exista atât de mult interes pentru această lucrare”, spune Biswal.
Raichle și alții creditează simplitatea și versatilitatea tehnicii. „Puteți studia copiii nou-născuți și îi puteți urmări cum se dezvoltă și puteți sări la celălalt capăt al spectrului și puteți studia oamenii care îmbătrânesc și nu au performanțe bune”, spune el. „A deschis într-adevăr ușa studierii organizării funcționale a creierului.”