40% tín hiệu MRI không khớp với hoạt động não thực tế

 (tum.de)
1 điểm bởi GN⁺ 2025-12-17 | 1 bình luận | Chia sẻ qua WhatsApp
  • Chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI) từ lâu đã được dùng như công cụ chủ chốt để đo hoạt động não, nhưng nghiên cứu mới đặt ra nghi vấn mang tính nền tảng về độ chính xác trong cách diễn giải của phương pháp này
  • Kết quả nghiên cứu xác nhận rằng không tồn tại mối liên hệ có giá trị phổ quát giữa thay đổi nồng độ oxy đo bằng MRI và hoạt động thần kinh thực tế
  • Trong thí nghiệm, khoảng 40% trường hợp tín hiệu fMRI tăng nhưng hoạt động não lại giảm; ngược lại, cũng quan sát thấy các trường hợp tín hiệu giảm nhưng hoạt động tăng
  • Não bộ dường như đáp ứng nhu cầu năng lượng bằng cách trích xuất oxy từ lượng máu hiện có hiệu quả hơn thay vì tăng lưu lượng máu
  • Những phát hiện này mở ra bước ngoặt quan trọng đối với cách diễn giải nghiên cứu về bệnh lý tâm thần, thần kinh và việc phát triển các mô hình não dựa trên chuyển hóa năng lượng

Sự sụp đổ của giả định cũ về cách diễn giải tín hiệu fMRI

  • Trong khoảng 30 năm, fMRI là công cụ cốt lõi trong nghiên cứu não bộ, nhưng nhóm nghiên cứu từ TUM và FAU đã chứng minh rằng cách diễn giải của nó có thể không phản ánh hoạt động thần kinh thực tế
    • Nghiên cứu được đăng trên Nature Neuroscience
    • Kết quả xác nhận rằng không có tương quan phổ quát giữa hàm lượng oxy đo bằng MRI và hoạt động thần kinh
  • Kết quả thí nghiệm cho thấy khoảng 40% trường hợp tín hiệu fMRI tăng lại đi kèm với giảm hoạt động não
    • Ngược lại, cũng phát hiện các trường hợp tín hiệu giảm trùng với hoạt động tăng
  • Điều này cho thấy giả định truyền thống “hoạt động tăng → lưu lượng máu tăng → đáp ứng nhu cầu oxy” là không đúng

Thiết kế thí nghiệm và phương pháp đo

  • Nhóm nghiên cứu cho hơn 40 người tham gia khỏe mạnh thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau như tính nhẩm, hồi tưởng ký ức tự truyện
  • Đồng thời, họ đo mức tiêu thụ oxy thực tế bằng một kỹ thuật MRI định lượng mới
  • Kết quả khác nhau tùy theo nhiệm vụ và vùng não, đồng thời xác nhận rằng mức tiêu thụ oxy tăng không dẫn đến lưu lượng máu tăng
    • Ví dụ, tại các vùng liên quan đến tính toán, hiệu quả trích xuất oxy tăng lên mà không có thay đổi về lưu lượng máu
    • Nói cách khác, não bộ đáp ứng nhu cầu năng lượng mà không cần tăng lưu lượng máu

Tác động đối với nghiên cứu bệnh lý não bộ

  • Các nghiên cứu hiện có sử dụng thay đổi lưu lượng máu làm chỉ dấu cho hoạt hóa thần kinh cần được đánh giá lại
    • Điều này đặt ra khả năng sai lệch trong diễn giải ở các nghiên cứu về trầm cảm, Alzheimer và các bệnh lý tâm thần, thần kinh khác
  • Đặc biệt, ở người cao tuổi hoặc bệnh nhân có biến đổi mạch máu, giá trị đo được có thể phản ánh khác biệt mạch máu chứ không phải thiếu hụt thần kinh
  • Các nghiên cứu trước đây trên động vật cũng ủng hộ xu hướng này

Đề xuất cách tiếp cận phân tích mới

  • Nhóm nghiên cứu đề xuất kết hợp các phép đo định lượng với cách tiếp cận MRI hiện có
    • Trong tương lai, điều này có thể trở thành nền tảng để xây dựng mô hình não dựa trên năng lượng
  • Thay vì chỉ lập bản đồ hoạt hóa đơn thuần, phương pháp phân tích có thể phát triển theo hướng hiển thị lượng oxy và năng lượng thực sự được tiêu thụ trong quá trình xử lý thông tin
  • Qua đó mở ra khả năng xác định bằng các giá trị tuyệt đối những thay đổi trong chuyển hóa năng lượng ở lão hóa, rối loạn tâm thần và bệnh thoái hóa thần kinh

Bối cảnh nghiên cứu và thông tin xuất bản

  • Nghiên cứu được thực hiện tại Neuro-Head Center của Bệnh viện Đại học TUM
  • Nghiên cứu nhận tài trợ Starting Grant từ Hội đồng Nghiên cứu châu Âu (ERC)
  • Bài báo: BOLD signal changes can oppose oxygen metabolism across the human cortex,
    Nature Neuroscience, ngày 12 tháng 12 năm 2025, DOI: 10.1038/s41593-025-02132-9

Bài viết liên quan

1 bình luận

 
GN⁺ 2025-12-17
Ý kiến trên Hacker News

  • Trước đây tôi từng làm ở một startup nghiên cứu BMI và có kinh nghiệm làm việc với các thiết bị đo tín hiệu thần kinh đắt tiền như EEG và fMRI
    Tôi nhanh chóng nhận ra rằng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) quá thấp nên gần như không thể tái lập được
    Tôi từng đọc một bài báo nói rằng có thể dự đoán hình ảnh mà con người nghĩ tới từ tín hiệu fMRI bằng deep learning, và khi tôi hỏi: “Deep learning vốn là thứ tìm ra mẫu ngay cả trong nhiễu ngẫu nhiên, liệu có phải là overfitting không?”, thì không ai đưa ra được câu trả lời rõ ràng
    Một tháng sau, lại xuất hiện những bài báo kiểu “AI giờ đã đọc được suy nghĩ của bạn”, thật vô lý
    Vì vậy mỗi khi ai đó nói “mindfulness có thể thay đổi sóng não”, tôi thường nói “nếu là nghiên cứu dựa trên EEG thì khó mà tin cậy được”
    Tất nhiên, về mặt cá nhân tôi vẫn cảm thấy nó có ích

    • Cũng có nhiều nghiên cứu đáng tin cậy sử dụng EEG và fMRI
      Điều quan trọng là phải coi chuyển động hoặc nhiễu sinh lý là vấn đề hàng đầu và áp dụng tiêu chuẩn chất lượng dữ liệu thật nghiêm ngặt
      Có vẻ như đây là một kết luận đã khái quát hóa quá mức vấn đề overfitting của deep learning
    • EEG đủ hữu ích trong những trường hợp đơn giản như nghiên cứu các giai đoạn giấc ngủ hoặc biofeedback
      Ngược lại, với fMRI thì chưa rõ có đạt được chất lượng tín hiệu ở mức đó hay không
    • Nếu trong nghiên cứu dự đoán hình ảnh, kết quả cao hơn mức ngẫu nhiên thống kê, thì bản thân điều đó đã có thể là một kết quả có ý nghĩa
      Nếu thiết kế thí nghiệm được làm đúng cách, thì ngay cả khi không có nhiều kiến thức về fMRI, đây vẫn có thể được xem là một kết quả thú vị
    • Vấn đề tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu không liên quan trực tiếp đến chủ đề của bài báo
      Bài báo này đang lập luận rằng bản thân lưu lượng máu không phản ánh hữu ích hoạt động não

  • Tôi nhớ hồi học cao học đã từng đọc một bài báo nói rằng hoạt động não có ý nghĩa thống kê đã được phát hiện ở một con cá hồi chết
    Khi đó tôi đã nghĩ “cái này đúng là xứng đáng giải Ig Nobel”

    • Nghiên cứu đó thực ra chính là do chúng tôi làm
      Nó cho thấy nếu không thực hiện hiệu chỉnh thống kê phù hợp trong fMRI thì có thể xuất hiện dương tính giả, và nó đã nhận giải Ig Nobel năm 2012

  • Với tư cách là kỹ sư phần mềm trong lĩnh vực này, tôi hiểu rằng nghiên cứu lần này là một nỗ lực kiểm chứng tín hiệu BOLD hiện có bằng một kỹ thuật MRI khác
    Nhưng cả hai kỹ thuật đều phải đi qua nhiều giả định thống kê và nhiều bước xử lý dữ liệu, và chính quá trình đó đã chứa đựng bất định
    Ví dụ như kiểu xử lý tùy ý: “tín hiệu gồ ghề thì làm mượt bằng Gaussian filter”
    Vì vậy tôi nghĩ khó có thể khẳng định chắc chắn rằng “tín hiệu B cho thấy tín hiệu A không phản ánh hoạt động não thực tế”
    Bài báo cũng nói rõ rằng do không có máy quét PET nên họ đã dùng quantitative MRI để thay thế

    • Nghiên cứu nói rằng có tới 40% trường hợp tín hiệu fMRI tương quan nghịch (anticorrelation) với hoạt động não thực tế, nhưng tôi cho rằng kiểu kết luận này cũng có thể mang cùng vấn đề với các giới hạn chung của fMRI
      Để kiểm chứng thực sự, cần lặp lại thí nghiệm bằng nhiều đa phương thức như fMRI, PET, v.v.
    • Câu “trường đại học không có máy quét PET” là không đúng
      TUM thực sự có thiết bị PET (liên kết)
    • Trong phần lớn nghiên cứu phi lâm sàng, người ta không dùng 15O PET
      Theo tôi biết thì nó chủ yếu được dùng cho mục đích lâm sàng

  • Tôi nhớ hồi học cao học ở UCSD, bài báo “Voodoo Correlations in Social Neuroscience” của Ed Vul đã gây tranh cãi rất lớn
    Nó chỉ ra vấn đề các mối tương quan bị thổi phồng trong nghiên cứu fMRI, và cuối cùng tiêu đề đã được làm nhẹ đi rồi mới xuất bản
    Khi đó Vul mới là trợ lý giáo sư năm đầu, nhưng tôi cảm thấy ông ấy là một nhân vật thiên tài dám thách thức cả một lĩnh vực
    Có thể xem bài báo và các bài bình luận liên quan ở đây, ở đây, ở đây

  • Phần lớn bình luận trong chủ đề này có vẻ được viết bởi những người không phải chuyên gia về imaging
    Có rất nhiều nội dung bị ảnh hưởng bởi các bài báo khoa học đại chúng
    Tài liệu thì đã có sẵn rồi, ai muốn thì tự tìm thôi

    • Chỉ nói vậy thì không giúp ích gì
      Ít nhất cũng nên cho biết bài báo hay tài liệu nào đáng tham khảo
    • Khi HN bàn về đúng chuyên môn của mình thì đó là một trải nghiệm khá đau mắt
    • Nếu có nhiều bình luận sai, thì sẽ hữu ích hơn nếu chỉ ra cụ thể chỗ nào sai
    • Với tư cách là một bệnh nhân từng chụp fMRI, tôi có thể nói rằng trong báo cáo kết quả chẳng hề nhắc gì đến nội dung fMRI
      Tôi cũng không được giải thích vì sao mình phải chụp nó
    • Chỉ có vài bình luận thôi, nên thay vì chỉ nói “hãy đi tìm tài liệu”, có lẽ sẽ tốt hơn nếu đính chính dù chỉ 1–2 hiểu lầm

  • Đây đúng là thời điểm khiến người ta nhớ tới nghiên cứu fMRI trên cá hồi chết (liên kết)
    Từ lâu fMRI đã bị chỉ trích là có nền tảng khoa học thiếu ổn định

    • Thực ra nghiên cứu đó không chỉ là vấn đề của riêng fMRI, mà cho thấy rằng nếu không hiệu chỉnh thống kê thì hiện tượng tương tự có thể xảy ra với mọi kỹ thuật imaging có nhiễu
      Giờ đây các hiệu chỉnh kiểm định đa bội như Bonferroni hay FDR đã trở thành quy trình tiêu chuẩn
    • Gọi nghiên cứu của Bennett và cộng sự là “nghiên cứu Stanford” là không đúng
      Có thể xem poster gốc ở đây
    • Các kỹ thuật thống kê của fMRI đã tiến bộ rất nhiều, nên những phê phán khi đó hiện nay không còn áp dụng nguyên vẹn nữa
    • Tôi cũng lập tức nhớ tới nghiên cứu đó
      Không ngờ chuyện đó đã lâu đến vậy rồi

  • Có một tin liên quan là nghiên cứu cho thấy psychedelic phá vỡ mối liên kết giữa lưu lượng máu não và hoạt động thần kinh
    Nó đặt nghi vấn đối với các nghiên cứu trước đây vốn diễn giải việc tăng lưu lượng máu trên fMRI là tăng hoạt hóa não
    liên kết

    • Hồi thập niên 80 khi MRI bắt đầu nổi lên, tôi từng liên tưởng đến Stoned Ape Theory và thấy mối quan hệ giữa lưu lượng máu và kiểu tư duy rất thú vị
      Nhưng trên thực tế, nhiều yếu tố đơn giản như chuyển động cơ thể hay phản ứng sinh lý thường bị bỏ qua
      Khi nhìn những người đang trong trạng thái ảo giác ở các câu lạc bộ, tôi cảm thấy hệ mạch máu của họ hoạt động quá mức
      Vì thế tôi hoài nghi trước các tuyên bố kiểu “trạng thái psychedelic làm tăng kết nối não”

  • Trong một nghiên cứu tôi từng tham gia thời đại học, chúng tôi đã tăng tốc phân tích fMRI bằng MapReduce và GPU (liên kết)
    Đó là chuyện của năm 2014, nhưng nhìn bây giờ thì chẳng có gì thay đổi mấy

  • Việc quảng bá fMRI hay SPECT như những công cụ chẩn đoán tâm thần học cho đại chúng là rất nguy hiểm
    Những bác sĩ influencer như Dr. Amen bán các gói chụp giá hàng nghìn đô la, nhưng vì thiếu cơ sở khoa học nên bảo hiểm cũng không chi trả
    Khi ảnh não được tô màu và đem ra trình bày, mọi người dễ tin đó là khoa học đáng tin cậy, nhưng điều đó giống như một dạng phrenology hiện đại không xâm lấn

    • Dr. Mike trên YouTube từng phỏng vấn Amen; lúc đầu có vẻ đồng cảm, nhưng đến phần cơ sở khoa học thực tế thì lại tiếp cận rất phê phán (video)
    • Tôi cũng nhớ tới vụ fMRI cá hồi chết năm 2009 (bài Wired)
    • Tôi từng xem báo cáo của Amen, và “ảnh chụp não” mà ông ấy đưa cho bệnh nhân thực chất chỉ là đồ họa vector ở mức MS Paint
    • Có nghiên cứu cho thấy chỉ cần bài báo có kèm hình ảnh não thôi thì cũng khiến người đọc cảm nhận độ tin cậy khoa học cao hơn (liên kết PubMed)

  • Cách đây 30 năm khi làm việc tại Cognitive Neurophysiology Lab, những điều này đã được biết đến rồi
    Có lẽ bài báo lần này chỉ muốn nhắc lại cho công chúng nhớ mà thôi

    • fMRI là một kỹ thuật đã bị lạm dụng từ lâu ngay cả trong giới chuyên môn
      Vì vậy những thảo luận như thế này cần được nhắc đi nhắc lại với công chúng
    • Tôi tò mò không biết việc tăng lưu lượng máu não có thể xảy ra vì lý do nào khác ngoài hoạt động thần kinh hay không
      Ví dụ liệu có thể do các quá trình như đào thải chất thải chẳng hạn?
    • Phản ứng BOLD gần như là một khái niệm được chấp nhận tiêu chuẩn trong khoa học não bộ
      Tất nhiên vẫn tồn tại những bí ẩn như các yếu tố không phải thần kinh hay phản ứng tương quan âm
    • Tuyên bố rằng “không có tương quan nói chung giữa nồng độ oxy và hoạt động thần kinh” có vẻ là một cách diễn đạt cường điệu