7 Tesla MRI odhaluje, jak lidský mozek předvídá a reguluje potřeby těla

Pomocí zobrazovací technologie s ultra vysokým rozlišením nazývané 7 Tesla funkční MRI (fMRI) na lidských účastnících vědci zmapovali, jak různé části mozku spolupracují. Konkrétně objevili jednotnou síť nebo skupinu oblastí mozku, která podporuje jak regulaci těla (alostázu), tak vnitřní snímání (interocepce).

Článek „Kortikální a subkortikální mapování lidského allostaticko-interoceptivního systému pomocí 7 Tesla fMRI“ je zveřejněno v Příroda Neuroscience. Jiahe Zhang, Ph.D., z oddělení psychiatrie na Mass General Brigham, je hlavním autorem článku. Lisa Feldman Barrett, Ph.D., a Marta Bianciardi, Ph.D., z oddělení radiologie při Mass General Brigham jsou spoluautory. Barrett je také spojen s oddělením psychiatrie na Mass General Brigham.

Vyplnění mezery ve znalostech

Předchozí studie na zvířecích modelech i na lidech poukázaly na existenci distribuovaného systému v mozku, který mu pomáhá předvídat a připravit se na energetické potřeby těla – proces zvaný allostáza – a také monitorovat senzorické podmínky uvnitř těla, známé jako interocepce.

Ve své nové studii vědci použili 7 Tesla fMRI k měření toho, jak signály v mozku kolísají v průběhu času a vytvářejí síť regionů, které spolupracují na koordinaci akcí.

V dřívější studii využívající 3 Tesla fMRI Barrettův tým zmapoval síť podporující alostázu a interocepci v lidském mozku, ale poměrně omezené prostorové rozlišení a citlivost technologie 3 Tesla znesnadnily úplné zachycení menších struktur systému v mozkovém kmeni, o kterých je známo, že hrají klíčovou roli v těchto procesech.

Pomocí 7 Tesla MRI skeneru

K řešení těchto problémů použili 7 Tesla MRI skener v Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging Mass General Hospital, který jim umožnil vidět malé oblasti mozku s mnohem větší přesností. Účastníci byli skenováni „v klidu“, takže pozorovaná mozková aktivita více odrážela spontánní allostázu a interocepci než reakce na vnější podněty.

Vědci také použili nedávno ověřenou mapu hlubokých oblastí mozku, kterou vyvinul tým Bianciardi, která byla vytvořena pomocí skenů mozku živých lidí. Tento in vivo atlas, Brainstem Navigator, mapuje oblasti zapojené do regulace autonomního, imunitního a endokrinního systému.

Analytický přístup byl veden desetiletími základního výzkumu, který identifikoval dvě hlavní mozkové dráhy u savců: jednu sadu drah (alostatickou), která vysílá signály z mozku k ovládání tělesných orgánů, a druhou sadu (interoceptivní), která vysílá signály z těla do mozku a informuje jej o tom, co se v nás děje.

Zjištění a důsledky

Zjištění replikovala a rozšířila předchozí 3 Teslovy práce a potvrdila téměř všechna přímá spojení identifikovaná u savců mimo člověka: 100 % těch mezi kortikálními oblastmi a 96 % těch, které spojují podkorové oblasti jak s kortikálními, tak s jinými subkortikálními oblastmi.

Jak se očekávalo, našli obousměrné spojení mezi oblastmi mozku, které pomáhají řídit potřeby těla (jako např přední cingulární kůra) a oblasti, které vnímají, co se děje uvnitř těla (jako zadní insula). To znamená, že tyto oblasti komunikují tam a zpět a pomáhají mozku předvídat a regulovat, co tělo potřebuje.

Přibývající důkazy naznačují, že jednou z ústředních rolí mozku je předvídat a uspokojovat energetické potřeby těla. Nové poznatky staví monitorování a regulaci tělesných potřeb do funkčního jádra lidský mozekukazující úzké spojení mezi duševním a fyzickým zdravím.

To je v souladu s nově vznikajícím výzkumem psychiatrických a neurologických poruch, který ukazuje, že narušená komunikace mezi mozkem a tělem je důležitým faktorem přispívajícím k duševním i fyzickým onemocněním.

Budoucí práce se zaměří na propojení tohoto allostaticko-interoceptivního systému s dalšími úkoly, včetně rozhodování a poznávání, a na identifikaci dalších spojení mezi zájmovými oblastmi mozku.