Målinger av hjernen ikke individuelt tilpasset

– Hjerneforskning ved hjelp av fMRI er et felt i sterk utvikling men kan også bli enda mer presis, sier Karsten Specht.

Specht er hjerneforskeren som leder et stort og internasjonalt anerkjent forskningsmiljø i Bergen. Miljøet har fått flere EU-tildelinger, og tiltrekker seg stadig flere dyktige hjerneforskere. Specht har forsket på hjerneslag og språk, på Parkinsons sykdom og på hvordan hjernen reagerer på musikk.

Bilder av hjernens strukturer

Metoden han bruker er funksjonell magnetresonansavbildning (fMRI). Den brukes til å studere hjernens funksjoner både hos friske og hos pasienter med lidelser som kan påvirke hjernens struktur eller funksjon. Utviklingen av fMRI for over 25 år siden var en milepæl i hjerneforskning, og har ført til flere avgjørende innsikter i hvordan hjernen fungerer.

Metoden er svært mye brukt. Men selv om den ble etablert for såpass lenge siden, er det ingen som har sett nøyaktig på basisgrunnlaget for den på disse årene. Det er akkurat det Specht vil gjøre i sitt nye Toppforsk-prosjekt; When default is not default: Solutions to the replication crisis and beyond.

What you see is not what you get

– Målingene er ikke nok individuelt tilpasset, og det kan føre til at både diagnose og behandling ikke blir god nok for pasientene, sier Specht.

Metoden kan i hovedsak bare brukes til gruppestudier og dette er en begrensning som Specht ønsker å gjøre noe med i sitt nye prosjekt.

– Signalet som måles kalles Bold-signalet, og det blir lett påvirket, forklarer Specht. 

Når en måling gjøres kan hjernen være påvirket av mange faktorer som vi mennesker reagerer forskjellig på. For eksempel hvor mye kaffe vi har drukket til frokost, om vi har sovet godt eller hvordan blodtrykket vårt er akkurat når målingen skjer. Bold-signalet som måles kan dermed bli påvirket av alle disse faktorene og forskerne ser at dette igjen kan påvirke resultatet for den enkelte pasient.

De underliggende nevronale nettverkene i hjernen

Alle hjernefunksjoner utføres ikke kun av en enkelt hjerne-region, men av såkalte nevronale nettverk. Det er nettverk som er sammensatt av flere regioner i hjernen vår. Men det er bare Bold-signalet som lar seg observere direkte med fMRI. De underliggende nettverkene kan kun undersøkes indirekte gjennom Bold-signalet. Og siden dette signalet er såpass lett påvirkelig må forskerne komme forbi det og se mer på de underliggende nevronale nettverkene i hjernen vår. Specht antar at disse nettverkene er mer stabile enn selve Bold-signalet.

– Denne utviklingen i forskningen vil være svært relevant for alle sykdommer der vi måler med denne metoden.

Mulighet for en mer nøyaktig diagnose

Specht peker også på at når det er slike store individuelle forskjeller blir metoden lite brukbar for å diagnostisere. Ved for eksempel hjerneslag vil det være umulig å sammenligne resultatene mellom pasienter eller se den friske hjernen som pasienten hadde før slaget. Det er helt individuelt. Hvis det i tillegg er andre faktorer som påvirker målingene blir oppgaven svært krevende og resultatet mer usikkert.

– På grunn av de små forskjellene kan en syk person se frisk ut. Og omvendt, vi kan gi en frisk person en diagnose der han eller hun egentlig ligger innenfor normal variasjon.

Det er grunnen til at det i hovedsak gjøres gruppestudier, mens disse egentlig bare gir forskerne og legene mye vagere indikasjoner å gå etter, og ikke et klarere bilde av tilstanden til den enkelte pasient, ifølge Specht.

Forskerne har ikke eksakte mål på hvor mange som bør være med i et utvalg pasienter. Vanligvis er det 20 – 30 personer med, men det er usikkert om dette er nok.

– Vi ønsker å se nærmere på det og lage klarere retningslinjer for utvalgets størrelse, sier Specht, som vil utvikle en ny metode-guide i løpet av prosjektperioden.

Hvordan løse «replikasjons-krisen»?

Variasjonen av fMRI-signalet medfører at forskeren sliter med å replisere, det vil si å gjenta og etterprøve, tidligere studier på en nøyaktig nok måte. Dette problemet står sentralt i det som kalles "replikasjonskrisen".

Det å kunne gjenta forsøk og undersøkelser er en grunnleggende egenskap ved all forskning. Likevel viser flere vitenskapelige gjennomganger at en stor del av forskningen og funn som er publisert i vitenskapelig litteratur ikke er mulig å etterprøve i detalj. Flere og flere forskere, og de som finansierer forskningen, peker nå på dette som en av de største utfordringene innen forskning.

– Det er et paradoks som kan hindre oss i å gjøre god nok forskning, og å finne gode løsninger på dette er særlig viktig i fagfelt der pasienter er involvert.

Sikrere diagnose og bedre behandling

Det finnes flere veier ut av «replikasjonskrisen». Specht mener at vi kan anta at den underliggende hjerneaktiveringen er mye mer stabil enn det målte fMRI-signalet, et signal som bare gir oss en idé om hvordan hjernens aktivering kunne ha sett ut. Det nye prosjektet skal utvikle metoder som kan estimere den "ekte" hjerneaktiveringen basert på fMRI-signalet på en mer pålitelig måte. Forskerne skal også se på den "naturlige" variasjonen i fMRI-resultater.

– Kanskje er det ingen "replikasjonskrise", men heller at ulike resultater faktisk er innenfor den variasjonen som metoden innebærer?

Når forskerne vet mer om dette, vil det være mulig å utvikle nye analysemetoder som tar hensyn til denne "naturlige" variasjonen.

– Når vi har en bedre forståelse og et bedre analyseverktøy, kan fMRI være klar til å ta neste steg: Sterkere pasientfokuserte og individualiserte diagnoser, avslutter Specht.