Hjernescanning som verktøy i ernæringsforskning

Den siste tiden virker det som om visse ernæringsforskere har fått øynene opp for en populær metode for å måle hjerneaktivitet kjent som fMRI (functional magnetic resonance imaging). fMRI-studier kan ofte skilte med fine fargerike bilder av hjerner, kompliserte statistiske metoder og drøye overfortolkninger av svært diffuse data. Misforstå meg rett; jeg sier ikke at fMRI ikke kan være nyttig i studiet av hjerneprosesser, men man skal være svært forsiktig med hvordan man tolker resultatene.

Hjerneaktivitet etter måltid

La meg ta et eksempel fra en helt ny studie som kom ut i forrige måned i The American Journal of Clinical Nutrition (1). I denne studien inntok overvektige og sykelig overvektige menn et måltid med enten høy eller lav glykemisk indeks (GI), og hjerneaktiviteten deres ble deretter målt 4 timer senere. Ingen måling ble gjort før måltidet, så den eneste sammenlikningen man kunne gjøre var av hjerneaktivitet hos lav- og høy-GI-gruppene etter 4 timer. Resultatene viste at mennene i høy-GI-gruppen hadde høyere hjerneaktivitet blant annet i et hjerneområde kalt Nucleus Accumbens, som er involvert i lyst på ulike forsterkende substanser (litt om forsterkere, og dette områdets rolle i avhengighet diskuterer jeg i artikkelen min om sukkeravhengighet).

fMRI-bilder

fMRI-bildene fra Lennerz og kolleger(1)

Forskerne mener at man utifra disse dataene kan anta at mat med høy GI skaper mer «cravings» etter mat, og de spekulerer også i hvorvidt denne hjerneresponsen kan bidra til at inntak av mat med høy GI fører til høyere matinntak senere på dag. Nå kan det nevnes at høy-GI-gruppen rapporterte om større sultfølelse i ettertid av måltidet, men det er en lang vei fra denne observasjonen til å kunne si at den målte hjerneaktiviteten hadde noe med dette å gjøre. Mange andre forklaringsmodeller kan ligge til grunn.

Ved første øyekast, og uten bakgrunnskunnskap om bruk av fMRI for måling av hjerneaktivitet, kan nok disse resultatene virke overbevisende. Og dette er kun en av mange studier som nylig har kommet ut som påpeker denne sammenhengen mellom inntak eller syn av visse typer mat (gjerne søte, fete, eller på andre måter usunne matretter) og økt aktivering i Nucleus Accumbens. Dessverre er det mange problemer med denne typen direkte generalisering fra hjernebilder i fMRI-studier til konklusjoner om disse bildenes betydning. Sammen med høy-lav-GI-studien ble det publisert en redaksjonell artikkel som kritiserte studien på samme bakgrunn som det jeg vil bruke her. Mye av de argumentene jeg kommer med her bygger på den artikkelen (2).

Hva er fMRI?

fMRI er en metode for indirekte måling av det man antar er hjerneaktivitet. Det fMRI egentlig måler er endringer i blodgjennomstrømning og oksygentilførsel til ulike hjerneområder. Vi antar at dette samsvarer med aktivitet i en eller annen form. Dette kan fortelle oss noe om hjernens respons til ulike typer stimuli. Det vanligste er kanskje visuell fremvisning av film eller bilder. I den aktuelle studien, derimot, har forskerne brukt mat som stimuli, og de ønsker å se på endringene i hjerneaktivitet som følge av inntaket. GI sier noe om en matvares evne til å øke blodsukkeret, og selv om måltidets totale sammensetning og innhold av karbohydrater vil være overordnet, vil høyglykemiske matvarer jevnt over gi en hurtigere stigning i blodsukkeret. Det er derfor ikke overraskende i det hele tatt at denne typen mat har en annen effekt i hjernen enn mat med lav GI. Det å si noe om hvilken effekt dette har utover den rent fysiologiske blir nærmest umulig når man har en slik konfunderende faktor.

Det er flere problemer med bruk av fMRI. I denne studien så man på hjerneaktivitet 4 timer etter et måltid. De effektene man ser etter såpass lang tid vil ikke være umiddelbare effekter av matinntaket. Selv når man sammenlikner en høy- og en lav-GI-gruppe, kan man ikke si at hjerneaktivitet 4 timer etter gjenspeiler ulikheter i faktisk hjernetilstand som et resultat av måltidet. Hvordan er denne aktiviteten forskjellig fra den 3 eller 5 timer etter måltidet? Vi vet kun noe om hjernens tilstand i ett eneste gitt tidspunkt etter matinntaket. Det gir ikke noe helhetlig bilde av hvilken effekt inntaket har hatt. Om ulikhetene reflekterer noe annet enn hjernens naturlige behov for glukose gjenstår å se. I tillegg ligger Nucleus Accumbens langt inne i hjernen, og det er kun i de siste årene man har kunnet få fMRI-bilder av denne strukturen. Det er nærliggende å tro at bilder av denne strukturen vil ha en enda lavere nøyaktighet enn bilder fra strukturer som ligger nærmere kraniet, og som dermed er lettere å få gode bilder med høy oppløsning av.

Konklusjon

Jeg mener ikke å si her at fMRI ikke har en plass i psykologisk vitenskap, men jeg mener man skal være ekstremt forsiktig med tolkning. Vi vet så lite om hjernen og hvordan den fungerer at vi ikke enda kan se på et scannet bilde av endringer i blodomløp i hjernen og derfra trekke konklusjoner om hva disse betyr. Ulike typer mat har uten tvil ulik effekt på hjernens fysiologi. Hvorvidt disse ulike effektene kan ha en innvirkning på ting som cravings eller subjektiv lyst på mat kan vi ikke si noe om. Bare fordi vi har et fargerikt bilde av en hjerne betyr ikke at vi ha noen som helst anelse om hva det bildet betyr. De kan kanskje virke fint og imponerende, men dessverre bærer de altfor ofte med seg altfor lite informasjon. Jeg vil derfor anbefale alle og enhver å være skeptiske til påstander som baserer seg på «bevis» fra fMRI-studier!

Referanser:

  1. Lennerz BS, Alsop DC, Holsen LM, Stern E, Rojas R, Ebbeling CB, Goldstein JM, Ludwig DS: Effects of dietary glycemic index on brain regions related to reward and craving in men. Am J Clin Nutr 2013, 98(3):641-647.
  2. Macdonald IA, Francis ST, Gowland PA, Hardman CA, Halford JC: Brain activation in relation to specific dietary components: what does fMRI measure and how should one interpret cravings for certain foods? Am J Clin Nutr 2013, 98(3):633-634.

15 comments to Hjernescanning som verktøy i ernæringsforskning

  • Andreas Wahl Blomkvist

    Flott å være kritisk til fMRI studier. Jeg er litt uenig et par ting som nevnes her.

    «Vi vet så lite om hjernen og hvordan den fungerer at vi ikke enda kan se på et scannet bilde av endringer i blodomløp i hjernen og derfra trekke konklusjoner om hva disse betyr»
    – Dette stemmer ikke. Vår kunnskap om hjernen er ikke så lite som du gir uttrykk for. Du nevnte visuell stimulanse. Er det vanskelig å trekke konklusjoner rundt hvorfor vi ser økt aktivitet i occipital cortex ved visuell stimulanse? Nei. Dette bekrefter teorien at den visuelle cortexen ligger nettopp her. Andre indikasjoner er lesjoner i dette området produserer visuelle forstyrrelser. fMRI er med andre ord et redskap, sammen med mye annet, til å trekke konklusjoner om hva disse kan bety.

    Nucleus Accumbens er et annet område vi vet er assosiert med en rekke fysiologiske responser. Vi vet noe om hva slags reaksjoner som kommer fra økt aktivitet i dette området (stimulert både mekanisk og via selektive medikamenter). Ja, fMRI studiet viser bare at det er en signifikant forskjell i oksygenopptak og aktivitet i dette området i høy GI gruppe i forhold til lav GI, men dette kan brukes sammen med andre funn innen nevrofysiologi til å få et helhetlig bilde. Forfatterne trekker ikke bastante konklusjoner på basis av dette. Det er akkumuleringen av flere slike funn som kan hjelpe oss til å trekke konklusjoner. Det blir derfor feil, mener jeg, og si at vi ikke kan trekke noe som helst ut fra disse studiene: «Bare fordi vi har et fargerikt bilde av en hjerne betyr ikke at vi ha noen som helst anelse om hva det bildet betyr.» – jo, sammen med andre funn kan vi det, og det er hele poenget med vitenskap. Flere redskap og metoder finner lignende funn som sammen bygger opp til en konklusjon.

    • Det er da flere studier der man har trukket nettopp bastante konklusjoner på bakgrunn av disse bildene, eksempelvis referanse nr 1 her hvor de attpåtil gjorde fMRI-målingene 4 timer *etter* måltid.

      Det er en lang vei å gå fra å vise at det å tenke på en viss type mat, eller å spise denne gir økt aktivitet i en del av hjernen til å konkludere med at økt aktivitet i den delen av hjernen har en sammenheng med økt cravings etter denne typen mat. Jeg tror det er dette Andrea først og fremst ønsker å poengtere. Årsaksforholdet i konklusjonen går jo i tillegg i motsatt retning av observasjonene.

      Andrea skal få svare på det hjernetekniske.

      • Andreas Wahl Blomkvist

        Det finnes selvfølgelig studier som konkluderer bastant, men jeg anbefaller at du leser igjennom konklusjonen deres en gang til hvis du mener denne studien var et eksempel på dette.

        Så klart er det lang vei å gå, og de har ikke konkludert at de har svaret. Det eneste de har konkludert er observasjonen som jeg mener er nyttig, og mer nyttig enn det Andrea gir uttrykk for her. For meg virker det som om Andrea hinter til at de ikke har grunnlag for konklusjonen sin.

        For øvrig, det er en grunn til at de valgte fire timer etterpå: det er nettopp her glukose verdien i high GI gruppen er lavere enn fastende glukose. Utføre fMRI rett etter måltidet ville vært dumt da glukosekonsentrasjonen er mye høyere i høy GI gruppen enn den andre. Den oppkvikkende effekten av høyere glukosekonsentrasjon er ikke hva de ønsker å bekrefte – det er hva som skjer etterpå når glukosekonsentrasjonen er lavere enn fastende. Du skriver som om 4 timer er en utrolig feilmargin når de argumenterer veldig tydelig hvorfor de valgte akkurat fire timer.

      • Jeg vet hvorfor de målte 4 timer etter måltid, selv om de ikke argumenterer så mye for det som du fremstiller det som. De trekker det frem som en styrke i diskusjonsdelen at de undersøkte den sene postprandiale perioden, men det står ingenting mer om hvorfor de valgte akkurat 4 timer ;).

        En ting som er verdt å trekke frem her er at de på forhånd har bestemt seg for å måle hjerneaktiviteten i 7 områder av hjernen, som fremkommer av sitatet under:

        We hypothesized that the high-GI meal would increase the activity in the striatum, hypothalamus, amygdala, hippocampus, cingulate, orbitofrontal cortex, and insular cortex, which are brain regions involved in eating behavior, reward, and addiction.

        De finner bare endringer i ett av disse områdene. Ettersom jeg har forstått dette så er det helt å forvente at man vil finne noen forskjeller når man måler så mange områder som dette, og det mener jeg er en stor svakhet her. Dette kan sikkert Andrea utdype bedre enn meg ettersom dette er hennes felt og langt fra mitt.

        Jeg antar at du også har lest den redaksjonelle artikkelen som ble publisert i samme nummer (referanse nr 2). Her trekkes det blant annet frem at fMRI bare ble målt postprandialt, og at man dermed ikke kan hevde at det var en endring som følge av måltidet. Det eneste man har er et tverrsnitt av aktivitet 4 timer etter måltid, men ettersom studien er av crossoverdesign så kan man nok si en del mer enn dersom det var to ulike grupper.

        Du har helt rett i at forfatterne i denne studien ikke konkluderer så bastant som jeg gav uttrykk for i min forrige kommentar. Jeg syns likevel at de sekundære utfallene er mer interessante, da det viste seg at høy-GI-måltidet ble etterfulgt av et høyere kaloriinntak enn lav-GI-måltidet.

        Jeg tenker uansett at hovedbudskapet er er viktig å ha i bakhodet, at resultater fra fMRI må tolkes med stor forsiktighet.

        Edit: Takk for en interessant diskusjon, vi trenger mer av det!

      • Andreas Wahl Blomkvist

        «De trekker det frem som en styrke i diskusjonsdelen at de undersøkte den sene postprandiale perioden, men det står ingenting mer om hvorfor de valgte akkurat 4 timer»
        – Jeg mener det står mer enn det du nevner her. (1) tidligere studier har sett på tidlig postprandiale, derfor valgte de senere i postprandiale perioden og (2) «The decrease in blood glucose, which often falls below fasting concentrations by 4 h after a high-GI meal, may lead to excessive hunger, overeating, and a preference for foods that rapidly restore blood glucose to normal […] To explore these mechanisms, we compared effects of high- and low-GI test meals […] by using functional brain imaging of reward circuitry implicated in food motivation and energy balance.»

        Til det andre du nevner. De fant økt aktivitet i NA, men også i nærliggende områder i striatum. Det mesolimbiske dopaminergiske systemet konvergerer på NA, og det er til å forvente at de ikke nødvendigvis finner signifikante forskjeller i andre områder når de har litt andre funksjoner (til tross for at de også er en del av det limbiske system). Jeg ville sagt at det er spesielt karakteristisk at de fant forandringer akkurat her, men det er min mening.

        Jeg mener (2) er litt for kritisk når de hevder det de gjør. Delvis fordi, som du påpeker selv, at de bruker crossover design.

        Jeg er enig angående de sekundære utfallene :-) Jeg syns det er spennende at de linker det til karakteristiske fMRI funn i tillegg.

      • Andreas Wahl Blomkvist

        Jeg kan ikke skrive edit :( men takker for utveksling! Det er kjekt å gjøre hverandre bevisst på forskjellige synspunkt :-)

    • Andrea Rørvik

      Hei Andreas, og takk for kommentar.

      Jeg er kritisk til fMRI generelt, og bruken av fMRI i denne studien. fMRI i seg selv er ok, men tolkningene som utledes fra dataene er svært ofte preget av spekulasjoner. Denne studien er ikke noe unntak.

      Det er ikke til å stikke under en stol at fMRI har oppnådd sin popularitet til en viss grad på grunn av at den tillater presentasjon av data på en lettforståelig, fascinerende, og fengende måte. Jeg vil gå så langt som å si at fMRI til tider kan virke mer som en gimmick enn noe annet – en ting de har puttet inn i en studie for moro skyld for å kunne si ting som at «her er hukommelsessenteret», «kjærlighetssenteret»; «nytelsessenteret» osv osv.

      Allikevel: fMRI er selvfølgelig kjempenyttig i mange tilfeller, og har i aller høyeste grad beriket nevrovitenskapen. Men vi må ikke gå i fella med å anta at fMRI er et godt verktøy for å se på hva som foregår i hjernen. Hos mennesker er det noe av det beste vi har akkurat nå, men det er allikevel lattelrlig mangelfullt. Det forteller oss om konsentrasjon av blod i hjerneområder som omfatter tusenvis av nevroner. Spesifisiteten er fryktelig lav. Så lav, vil jeg si, at vi kan si utrolig lite om hva som foregår i hjernen basert på fMRI-data alene. Og ihvertfall ikke hvis man trekker inn enda flere potensielle feilmarginer ved å tilføre mat med varierende GI, hvilket vi vet har en effekt på hastigheten på glukoseutskillelsen i blodet.

      Du trekker inn visual cortex, og her er det en ganske stor forskjell. Syn er noe som er relativt lett å måle; langt enklere enn subjektive følelser av lyst, craving, nytelse, impulser osv osv. Nucleus Accumbens (NA) vet vi en god del om ja, men det er såvidt jeg vet ikke på grunn av fMRI, men på grunn av forskning på rotter. Studier med medikamenter som selektivt stimulerer NA har jeg ikke kommet over, men vil absolutt være interessert i å lese, om du har noe å anbefale! :)

      At fMRI kan brukes sammen med andre typer data til å danne et helhetlig bilde er jeg mye mer enig i. Det jeg er kritisk til er konklusjoner som utledes fra fMRI-data alene.

      • Andreas Wahl Blomkvist

        Hei Andrea, og takk for svar

        Jeg er enig at fMRI har blitt en slags gimmick, men jeg syns du gir redskapet et dårligere ansikt enn den fortjener i denne artikkelen. På dette punktet får vi forbli uenig :-)

        Angående studier som selektivt stimulerer NA; vi fikk presentert dette under nevrofysiologi forelesningene våres. Jeg har ikke de referansene, men du skal jo ikke flere enn noen tastetrykk før du ser at deep brain stimulation (DBS) har blitt forsøkt i dette området på mennesker. Se for eksempel på denne reviewen i forbindelse med anorexia nevrosa: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24175936

        På en måte er ikke visual cortex så veldig mye mer annerledes enn den subjektive følelsen av lyst eller andre ting, og fMRI er et glimerende redskap her også. Eksempelvis (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18072236), vi kan gi påstander som fremstår som sanne/usanne/usikre til en person og be dem bedømme dem mens de ligger i fMRI maskin. Her kan vi se distinkte forskjeller i fMRI som -kan- gi en pekepinn på hvilke områder som er assosiert med tro/ikke tro/usikkerhet. Hva er alternativet i dag? EEG hadde ikke gjort dette spesielt bra i forhold.

        Og vi er helt enige; konklusjoner må komme fra et spekter av metoder som konvergerer til en felles konklusjon. På samme måte som du er kritisk til fMRI, så er jeg kritisk til alle de andre metodene. Jeg forstår ikke hvorfor fMRI skal stå i noe dårligere lys, gitt mange av de andre mer tvetydige metodene.

  • Andrea Rørvik

    Hei igjen Andreas :)

    DBS er jeg fullt klar over, men jeg tenkte mer på medikamenter som selektivt stimulerer NA. Det har jeg ikke kommet over. Med mindre du tenker på studier hvor de har sprøytet medikamenter direkte inn i NA hos rotter?

    Over til tema: Jeg tror du har misforstått meg litt. Jeg mener ikke at EEG er bedre enn fMRI. Jeg har ikke sagt at det finnes bedre alternativer til fMRI i det hele tatt. Faktisk kan jeg sitere meg selv fra min forrige kommentar: «Hos mennesker er det noe av det beste vi har akkurat nå, men det er allikevel lattelrlig mangelfullt.» Så det blir jo litt stråmannsargumentasjon fra deg dette her.

    Jeg er av den oppfatning at de data man får fra å spørre folk om å gjøre subjektive bedømmelser i fMRI-maskin ikke kan fortelle oss spesielt mye i det hele tatt. Det er mange ubesvarte spørsmål om hvordan menneskehjernen fungerer, og vi vil ikke få svarene fra fMRI. Man trenger rett og slett bedre metoder, og de eksisterer ikke enda.

    • Andreas Wahl Blomkvist

      Hvor har jeg skrevet at du mener at det finnes bedre alternativer? Jeg bare skrev at EEG er mye dårligere, og at jeg derfor prisgir fMRI i flere situasjoner. I tillegg spurte jeg på slutten hvorfor du skulle kritisere fMRI på en slik måte når de andre metodene er mye mer tvetydige Her faktisk erkjenner jeg at du har skrevet det du skriver i sitatet ditt, så jeg forstår ikke stråmanns-beskyldingen din.

      Jeg trodde du mente direkte elektrisk stimulering, aka DBS. Når det kommer til selektive medikamenter så mente jeg ikke så selektive som du kanskje håpet

      • At noe er den beste metoden betyr jo ikke at det er en god metode. Grunnen til at fMRI kritiseres her har ingenting med de andre alternativene å gjøre. Kritikken er helt isolert og gjelder overtolkning av resultater fra et verktøy som i større grad blir tatt i bruk i ernæringsforskning.

        Det er hvertfall det jeg sitter igjen med etter denne artikkelen :)

      • Andrea Rørvik

        Ok, så når du skev «Vi vet noe om hva slags reaksjoner som kommer fra økt aktivitet i dette området (stimulert både mekanisk og via selektive medikamenter)», hva mente du egentlig med «selektive medikamenter»? Litt forvirrende dette her.

        Hva som er best av EEG og fMRI er jo en latterlig diskusjon, da de har helt forskjellige bruksområder og gir helt forskjellig data og er egnet til ulike typer studier. Det kunne virke som om du antydet at jeg mente fMRI var dårlig sammenliknet med alternativene, iom at du begynte å dra inn alternativer. Om det har vært en misforståelse så la meg ihvertfall klargjøre: Jeg mener ikke at fMRI er dårligere enn noe annet. Jeg mener at de konklusjonene som trekkes på bakgrunn av fMRI-data ofte ikke er berettigede.

        Mitt argument er at fMRI gir tvetydig data med for lav resolusjon (både temporal og spatial) ti å kunne si oss noe nøyakti om hva som foregår. Det dras konklusjoner om aktivitet utifra blodkonsentrasjon – dette er tvilsomt, men ok vil jeg tro. Det som overhodet ikke er ok er å si at «vi så aktivitet i område X ved presentasjon av stimuli Y. Derfor har alle stimuli som forårsaker aktivering i område X samme funksjonelle effekt». Og det er jo nettopp det som gjøres så altfor ofte.

      • Andreas Wahl Blomkvist

        Da mente jeg (1) medikamenter som direkte sprøytes inn i dette området hos rotter og (2) medikamenter som har en høyere affinitet for typiske reseptorer som svarer til innput til NAc

        Forstår ditt argument. Jeg ønsket bare å kommentere på din artikkel med hva jeg oppfattet som misvisende/uklart, og det må vel være lov til tross for at du er uenig? :-) Jeg synes ikke det er slik at fMRI studier ofte konkluderer slik du fremstår det som her.

      • Andrea Rørvik

        Selvfølgelig er det greit å kommentere og være uenig! Jeg synes det er både gøy og konstruktivt med slike diskusjoner, og håper ikke du har fått noe annet inntrykk :) Jeg er kjempeinteressert i nevrovitenskapelig metode, og nevrovitenskap generelt (det er jo det jeg studerer), og er opptatt av å formidle hvor lite vi faktisk vet og hvor lite vi for øyeblikket har mulighet til å vite om hvordan hjernen fungerer. Men igjen, det er selvfølgelig helt ok at du er uenig (selv om jeg fortsatt er forvirret over hva du egentlig mener man kan utlede av konklusjoner fra fMRI alene).

  • Andreas Wahl Blomkvist

    Så bra :) Jeg har aldri skrevet at vi kan utlede konklusjoner alene fra fMRI

Legg inn en kommentar