Human brain mapping under increasing cognitive complexity using regional cerebral blood flow measurements and positron emission tomography

Doktordisputatsen består af seks artikler, som er publiceret i internationale tidsskrifter, samt en sammenfattende redegørelse og er baseret på eksperimentelt arbejde udført i perioden 1990-2000 på The research centre for brain and blood vessels i Akita, Japan, ved Neurologisk Klinik og Neurobiologisk Forskningsenhed, Rigshospitalet, og på Klinisk Fysiologisk/ Nuklear Medicinsk Afdeling, Rigshospitalet.

Målingen af den regionale cerebrale blodgennemstrømning (rCBF) er en væsentlig parameter i evalueringen af hjernens funktion. Med positron emissions tomografi (PET) har vi implementeret og valideret en dynamisk kinetisk tovævskompartmentmodel med en hurtig og langsom flow-komponent med hver deres vævsperfusionsfraktion. I den hurtige komponent var rCBF 2-2,5 gange højere sammenholdt med værdier i hjernens grå substans ved den traditionelle autora-diografiske metode afprøvet hos både mennesker og aber. Visuel stimulation hos mennesker gav en korrigeret stigning på ca. 40% i synscortex. Visuel stimulation blev også anvendt til indirekte at validere carbon-10-mærket kuldioxid (10CO2), en ny meget kortlivet rCBF PET-tracer med en halveringstid på kun 19,3 sekunder. Ved undersøgelsen blev den maksimale aktiveringsrespons i synscortex fundet ved en 10-15 Hz stimulationsfrekvens.

Anvendelsen af rCBF PET-kortlægningsmetoden illustreres af undersøgelser over organiseringen af sprogfunktionen og det okulomotoriske system. Med hensyn til sprogfunktionen fandt vi bekræftelse af neuropsykologisk evidens om organiseringen af 2-skriftsystemer i hjernen hhv. Kana og Kanji. Ved undersøgelser af organiseringen af det okulomotoriske system viste vi, at faktiske øjenbevægelser ikke er nødvendige for aktiveringen af klassiske kortikale okulomotoriske områder og understreger involveringen i andre typer adfærd. Under øjenbevægelser i mørke forekom et øget aktiverings-respons i parieto-occipital-cortex. Dette kan tolkes som resultatet af, dels stimulation af øjenretningsfølsomme neuroner, der anvendes til at lokalisere genstande objektivt i forhold til kroppen, dels efferente kopier af motoriske kommandoer, der anvendes til at kunne forudse de visuelle konsekvenser af øjenbevægelserne på en indre rumlig model af den ydre verden, og således få denne til at fremstå som stabil. Defekte efferente kopier antages i visse neurobiologiske modeller at være medvirkende til passivitetsfænomener ved skizofreni.

Det kliniske perspektiv ved hjernekortlægningsteknikkerne er præoperativt at lokalisere elokvente områder, som f.eks. motorisk funktion, sprog og hukommelse, for at tillade optimal neurokirurgisk resektion med præservering af neurologisk funktion.