Többször felmerült már kommentekben, és a téma ajánlóból is többen kértétek, hogy írjunk egy kicsit részletesebben azokról a módszerekről, amiket az agykutatásban alkalmaznak. Persze általában csak egy-egy konkrét módszerrel kapcsolatban vetődik ez fel, de úgy gondoltuk, ha már belekezdünk, akkor igyekszünk bemutatni az általánosan használt technikák minél szélesebb spektrumát. Egyrészt azért, hogy elébe menjünk a jövőbeli kérdéseknek, másrészt és főleg pedig azért, mert így mutathatók be legjobban a különböző technikák előnyei és hátrányai, melyek meghatározzák a módszerek korlátait és így kijelölik helyüket a kísérleti palettán.

A sorozat első részeiben olyan módszereket mutatunk be, amelyek az agy mint egész rendszer működését vizsgálják. Ezek kizárólag nem invazív módszerek, vagyis alkalmazásukhoz nincs szükség operációra, a koponya megnyitására, mivel esetükben olyan jeleket detektálunk, amelyek a koponyán kívül is mérhetőek. Összefoglalóan szokás őket agytérképező (brain mapping) technikáknak is hívni.

Az első ilyen technika a funkcionális mágneses rezonancia vizsgálat (functional magnetic resonance imagaing, fMRI). Több oka is van, hogy ezzel a módszerrel kezdjük a sorozatot. Egyrészt egy manapság virágkorát élő technikáról van szó, másrészt eredményei látványosan demonstrálhatóak, harmadrészt pedig - bonyolult neve ellenére - a mögötte álló jelenség meglehetősen egyszerű, megértéséhez semmiféle előképzettség nem szükséges.

Az fMRI hátterében az az 1890-ben, Charles Smart Roy és Charles Scott Sherrington által megfigyelt jelenség áll, miszerint egyes, az agyműködés következtében termelődő vegyületek a véráramba jutva képesek az erek méretét szabályozni. Ők már akkor azt feltételezték, hogy a folyamat szerepe az adott agyterület lokális aktivitásához szükséges energia biztosítása.

Pontosan 100 évnek kellett azonban eltelnie, hogy ebből a megfigyelésből az fMRI kialakuljon. Szükség volt ugyanis az említett lokális aktivitáshoz szükséges véráram valamifajta meghatározására. Erre a problémára, mint majd látni fogjuk, több különböző válasz is született. Az fMRI esetében kihasznált jelenséget Seiji Ogawa és munkatársai írták le először 1990-ben. Ők ismerték fel, hogy a vérben az oxigént szállító hemoglobin "üres" formájának, a deoxihemoglobinnak koncentrációja MRI technikával követhető. A deoxihemoglobin ugyanis paramágneses tulajdonságú vegyület, vagyis egy külső mágneses mező hatására mágneseződik és a mágneses tér irányának megfelelően orientálódik. Az így orientálódott deoxihemoglobin molekulák pedig lokálisan árnyékolják a mágneses mezőt. Ezt a helyi árnyékolást méri valójában az fMRI készülék.

A folyamat tehát rendkívül egyszerűen vázolható: ha megnövekszik egy adott agyterület aktivitása, akkor egyúttal megnő annak oxigénszükséglete is. Ennek biztosításaként a hemoglobin molekulák leadják oxigénjüket, megnő a deoxihemoglobin koncentrációja, ezáltal nagyobb mértékben árnyékolja a mágneses teret, vagyis a lokális mágneses térerőt mérve egy csökkenő jelet kapunk. A valóság persze ennél némiképp bonyolultabb. A fokozott agyi aktivitás következtében ugyanis pillanatokon belül megnövekszik az adott terület vérellátása, ami egyrészt kimossa, másrészt felhígítja a deoxihemoglobint. Olyannyira, hogy végeredményben csökkenő jel helyett egy növekményt kapunk.


Lényegtelen azonban, hogy milyen összefüggés van a mért jel és az adott terület aktivitása között, a lényeg hogy ez az összefüggés egyértelmű legyen. Az fMRI sikerének egyik kulcsa, hogy ezt az összefüggést szállította (legalábbis sokáig úgy tűnt, hogy szállítja). A másik rendkívül fontos szempont pedig széleskörű alkalmazhatósága volt. Nevezetesen, hogy amellett, hogy műtétre sincs szükség esetében, ráadásul semmilyen, az egészségre esetlegesen káros szert sem kell az agyba bejuttatni a kísérlethez, mivel elegáns módon hozott anyagból, a vérben megtalálható deoxihemoglobinból dolgozik. Ennek köszönhetően egészséges embereknél is gond nélkül alkalmazható a módszer. Hátránya azonban, hogy térbeli felbontása meglehetősen rossz, nem képes sejtek, sejtcsoportok, de még kisebb agyterületek megkülönböztetésére sem. Időfelbontása szintén kívánnivalót hagy maga után (néhány száz milliszekundum a "reakcióideje"), továbbá a jelenség mögött meghúzódó pontos folyamatok is sokáig meglehetősen bizonytalanok voltak, sőt nagyrészt még ma is azok. Mindezen tulajdonságai, vagyis az embereken való alkalmazhatóság, a nagyobb struktúrákat, agyterületeket célba vevő megközelítés és ezzel együtt az elnagyolt elméleti és mikrostrukturális háttér az fMRI-t elsősorban a kísérleti pszichológusok kedvenc játékszerévé avatták.


Az fMRI-vel dolgozó pszichológusok egyik kedvenc témája a tükörneuronok rendszere. A tükörneuronok olyan idegsejtek, idegsejt-hálózatok, melyek egyaránt aktiválódnak egy bizonyos típusú cselekmény végrehajtásakor, valamint akkor is, amikor ezt a cselekményt nem mi magunk hajtjuk végre, mindössze látunk valaki mást, aki ezt teszi. Ezekről a tükörneuronokról fMRI módszerrel bizonyították be, hogy jelentős szerepük van az empátia kialakulásában, sérülésük pedig gyakran jelentkezik autista betegeknél. Természetesen sok-sok más, adott agyterületek aktivitásával jellemezhető betegséget, tulajdonságot, viselkedéstípust vizsgálnak még ezzel a technikával. Szintén fMRI-vel követik többek között a döntéshozatal, vagy a memóriakialakulás folyamatát.

Néhány bekezdéssel korábban azt írtam, hogy az fMRI jelenleg virágkorát éli. Ha két évvel ezelőtt írtam volna ezt a postot, akkor itt be is fejezhetném. Mára azonban erőteljesen gyülekeznek a viharfelhők afelett a virágos rét felett. Egyre több publikáció jelenik meg, melyekben kétségbe vonják a fent hangoztatott összefüggést a deoxihemoglobin koncentráció, vagyis a lokális véráram mértéke és az adott terület aktivitása között. Aktivitás alatt ugyanis kimondva-kimondatlanul a kérdéses terület idegsejtjeinek tüzelését, vagyis a kisülések fokozódását értette mindenki. Az újabb eredmények fényében azonban egyre nyilvánvalóbb, hogy nincs egyértelmű összefüggés a tüzelési aktivitás és a lokális véráram mennyisége között. A véráram sokkal inkább a sejtek metabolikus aktivitását tükrözi, ami pedig nem a kisüléssel (output), hanem a feldolgozandó jelek mértékével (input) áll kapcsolatban. Végeredményben tehát nem azt látjuk az fMRI térképeken, mennyire aktív egy adott terület, hanem inkább azt, mennyire aktívak az őt beidegző területek.

Mindez persze nem teszi zárójelbe az fMRI kutatásokból az elmúlt 15 év alatt megszerzett információkat, mindössze ébren tartja az egészséges kételkedést, ami egy fiatal technikának amúgy is kijár.