MRI sinyallerinin %40'ı gerçek beyin aktivitesiyle örtüşmüyor

• Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), beyin aktivitesini ölçmek için başlıca araç olarak kullanılageldi; ancak yeni bir çalışma, bunun yorumlanma doğruluğuna dair temel sorular ortaya koyuyor
• Araştırma, MRI ile ölçülen oksijen yoğunluğu değişimleri ile gerçek nöral aktivite arasında genel olarak geçerli bir ilişki olmadığını doğruladı
• Deneylerde, fMRI sinyalinin arttığı halde beyin aktivitesinin azaldığı durumlar yaklaşık %40 oranında görüldü; tersine, sinyal azalırken aktivitenin arttığı durumlar da gözlemlendi
• Görünüşe göre beyin, enerji ihtiyacını kan akışını artırmadan, mevcut kandaki oksijeni daha verimli çıkararak karşılıyor
• Bu bulgular, psikiyatrik ve nörolojik hastalık araştırmalarının yorumlanma biçimi ile beyin enerji metabolizmasına dayalı model geliştirme açısından önemli bir dönüm noktasına işaret ediyor

---

fMRI sinyalinin yorumuna dair yerleşik varsayımların çöküşü

• Yaklaşık 30 yıldır fMRI, beyin araştırmalarının temel aracı olarak kullanılıyor; ancak TUM ve FAU araştırmacıları, bu yorumların gerçek nöral aktiviteyi yansıtmayabileceğini gösterdi
  • Çalışma Nature Neuroscience'ta yayımlandı
  • MRI ile ölçülen oksijen içeriği ile nöral aktivite arasında evrensel bir korelasyon bulunmadığı doğrulandı
• Deney sonuçları, fMRI sinyalindeki artışın yaklaşık %40 vakada beyin aktivitesindeki azalmayla ilişkili olduğunu gösterdi
  • Tersine, sinyal azalmasının aktivite artışıyla örtüştüğü durumlar da bulundu
• Yerleşik “aktivite artışı → kan akışı artışı → oksijen ihtiyacının karşılanması” varsayımının hatalı olduğu ortaya çıktı

Deney tasarımı ve ölçüm yöntemi

• Araştırmacılar, 40'tan fazla sağlıklı katılımcıya zihinsel aritmetik, otobiyografik anıların hatırlanması gibi çeşitli görevler yaptırdı
• Aynı anda yeni bir nicel MRI tekniğiyle gerçek oksijen tüketimini ölçtüler
• Sonuçlar göreve ve beyin bölgesine göre değişti; oksijen tüketimindeki artışın kan akışında artışa yol açmadığı doğrulandı
  • Örneğin hesaplamayla ilgili bölgelerde kan akışı değişmeden oksijen çıkarma verimliliği arttı
  • Yani beyin, kan akışını artırmadan enerji ihtiyacını karşılayabiliyor

Beyin hastalıkları araştırmalarına etkisi

• Kan akışı değişimlerini nöral aktivitenin göstergesi olarak kullanan mevcut çalışmaların yeniden değerlendirilmesi gerekiyor
  • Depresyon, Alzheimer gibi psikiyatrik ve nörolojik hastalık araştırmalarında yorum hatası olasılığı gündeme geliyor
• Özellikle damarsal değişiklikleri olan yaşlı bireyler veya damar hastalığı bulunan kişilerde, ölçüm değerleri nöral bozukluk yerine damarsal farklılıkları yansıtıyor olabilir
• Önceki hayvan çalışmaları da bu yönelimi destekliyordu

Yeni bir analiz yaklaşımı önerisi

• Araştırmacılar, mevcut MRI yaklaşımına nicel ölçümlerin eklenmesini öneriyor
  • Bu, gelecekte enerji temelli beyin modelleri kurmanın temeli olabilir
• Basit aktivasyon haritaları yerine, bilgi işleme sırasında gerçekten tüketilen oksijen ve enerji miktarını gösteren analizlere evrilme potansiyeli var
• Böylece yaşlanma, ruh sağlığı bozuklukları ve nörodejeneratif hastalıklardaki enerji metabolizması değişimlerini mutlak sayılarla kavrama yolu açılabilir

Araştırmanın arka planı ve yayın bilgisi

• Çalışma, TUM Üniversite Hastanesi Nöro-Head Center'da yürütüldü
• Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) Starting Grant desteği aldı
• Makale: BOLD signal changes can oppose oxygen metabolism across the human cortex,
  Nature Neuroscience, 12 Aralık 2025, DOI: 10.1038/s41593-025-02132-9

[GN⁺]

Hacker News görüşleri

• Geçmişte bir BMI araştırma girişiminde çalışırken EEG ve fMRI gibi pahalı nöral sinyal ölçüm cihazlarıyla deneyimim oldu
  Sinyal-gürültü oranının (SNR) o kadar düşük olduğunu, yeniden üretilebilirliğin neredeyse imkansız olduğunu kısa sürede fark ettim
  Bir keresinde derin öğrenmeyle fMRI sinyalinden bir insanın hayal ettiği görüntülerin tahmin edildiğini öne süren bir makale görmüştüm; ben de “Derin öğrenme zaten rastgele gürültüde bile örüntü buluyor, bu overfitting değil mi?” diye sordum ama net bir yanıt alamadım
  Bir ay sonra da “AI artık düşüncelerinizi okuyor” türü haberler çıkınca afalladım
  Bu yüzden biri “mindfulness beyin dalgalarını değiştiriyormuş” dediğinde, “EEG tabanlı bir araştırmaysa güvenmek zor” derim
  Elbette kişisel olarak faydalı olduğunu düşündüğüm de oluyor

  • EEG ve fMRI ile yapılmış güvenilir araştırmalar da çok
    Asıl önemli olan hareketi ya da fizyolojik gürültüyü birincil sorun olarak ele almak ve veri kalitesi ölçütlerini sıkı uygulamak
    Derin öğrenmede overfitting sorununu fazla genelleyen bir sonuç gibi geliyor
  • EEG, uyku evresi araştırmaları veya biofeedback gibi basit durumlarda gayet kullanışlı
    Buna karşılık fMRI'ın o düzeyde bir sinyal kalitesine sahip olup olmadığı belirsiz
  • Görüntü tahmini araştırmalarında sonuç istatistiksel rastgeleliğin üstündeyse, bu tek başına anlamlı bir sonuç olabilir
    Deney tasarımı doğruysa, fMRI konusunda çok bilgi olmasa bile ilginç bir sonuç olarak görülebilir
  • Sinyal-gürültü oranı sorunu haberin konusuyla doğrudan ilgili değil
    Bu makale, kan akışının kendisinin beyin etkinliğini kullanışlı biçimde yansıtmadığı iddiasını ortaya koyuyor

• Lisansüstü eğitimim sırasında, ölü bir somonda istatistiksel olarak anlamlı beyin etkinliği tespit edildiğini söyleyen bir makale okuduğumu hatırlıyorum
  O zaman “Bu tam bir Ig Nobel konusu” diye düşünmüştüm

  • O araştırmayı aslında biz yaptık
    fMRI'da uygun istatistiksel düzeltme yapılmazsa yanlış pozitifler ortaya çıkabileceğini gösterdik ve 2012'de Ig Nobel ödülü aldık

• Bu alanın bir yazılım mühendisi olarak, bu araştırmanın mevcut BOLD sinyalini başka bir MRI tekniğiyle doğrulama girişimi olduğunu anlıyorum
  Ancak her iki teknik de çeşitli istatistiksel varsayımlardan ve veri işleme adımlarından geçiyor; bu sürecin kendisi de belirsizlik içeriyor
  Örneğin “sinyal pürüzlüyse Gaussian filtreyle yumuşatılır” gibi keyfi işlemler var
  Bu yüzden “B sinyali, A sinyalinin gerçek beyin etkinliğini yansıtmadığını gösteriyor” diye kesin konuşmanın zor olduğunu düşünüyorum
  Makalede de PET tarayıcısı olmadığı için kantitatif MRI kullandıkları belirtiliyor

  • Araştırmada fMRI sinyalinin gerçek beyin etkinliğiyle ters korelasyon (anticorrelation) gösterdiği durumların %40 olduğu söyleniyor; bence bu sonucun kendisi de fMRI'ın genel sınırlamalarına benzer sorunlar taşıyor olabilir
    Gerçek doğrulama için deneylerin fMRI, PET gibi çeşitli çoklu modalitelerle tekrarlanması gerekir
  • “Üniversitede PET tarayıcısı yok” denmesi doğru değil
    TUM'da gerçekten PET cihazı var (bağlantı)
  • Çoğu klinik dışı araştırmada 15O PET kullanılmıyor
    Bildiğim kadarıyla daha çok klinik amaçlarla kullanılıyor

• UCSD'de lisansüstü öğrenciyken Ed Vul'un “Voodoo Correlations in Social Neuroscience” başlıklı makalesinin büyük tartışma yarattığını hatırlıyorum
  fMRI araştırmalarındaki aşırı korelasyon sorununa dikkat çekiyordu ve sonunda başlığı yumuşatılarak yayımlandı
  Vul o sırada yardımcı doçentliğinin ilk yılındaydı; bana bir alanın tamamına meydan okuyan dahiyane bir figür gibi gelmişti
  İlgili makale ve yorumlar burada, burada, burada görülebilir

• Bu başlıktaki yorumların çoğu görüntüleme uzmanı olmayan kişiler tarafından yazılmış gibi duruyor
  Popüler bilim yazılarından etkilenmiş çok içerik var
  Literatür zaten mevcut; isteyen gidip bakabilir

  • Bunu söylemek tek başına yardımcı olmuyor
    En azından bakılabilecek makale ya da kaynaklar vermek daha iyi olur
  • HN'de kendi uzmanlık alanınız tartışılırken bunu görmek acı verici bir deneyim
  • Çok yanlış yorum varsa, hangi noktaların hatalı olduğunu somut biçimde göstermek daha faydalı olur
  • Bir fMRI hastası olarak deneyimimi söyleyeyim: sonuç raporunda fMRI'dan hiç söz edilmedi
    Neden çekildiği de bana açıklanmadı
  • Zaten çok az yorum var; “gidin literatüre bakın” demek yerine en azından 1-2 yanlış anlamayı düzeltmek daha iyi olurdu

• Bu, ölü somon fMRI araştırmasını hatırlatan bir an (bağlantı)
  fMRI uzun zamandır istikrarsız bilimsel temellere sahip olduğu gerekçesiyle eleştiriliyor

  • Aslında bu araştırma yalnızca fMRI'a özgü bir sorun değildi; gürültülü tüm görüntüleme tekniklerinde istatistiksel düzeltme yapılmazsa ortaya çıkabilecek bir durumu gösteriyordu
    Günümüzde Bonferroni ya da FDR gibi çoklu test düzeltmeleri standart prosedür haline geldi
  • Bennett ve diğerlerinin çalışmasına “Stanford araştırması” demek yanlış
    Asıl postere buradan ulaşılabilir
  • fMRI'ın istatistiksel yöntemleri çok gelişti, dolayısıyla o dönemdeki eleştiriler bugün aynı biçimde geçerli değil
  • Benim de aklıma hemen o araştırma geldi
    Üzerinden bu kadar zaman geçtiğine inanamıyorum

• İlgili bir gelişme olarak, psikedeliklerin beynin kan akışı-sinir etkinliği bağlantısını bozduğunu öne süren bir araştırma var
  Bu da fMRI'da artan kan akışını artan beyin aktivitesi olarak yorumlayan mevcut araştırmaları sorguluyor
  bağlantı

  • MRI'ın 80'lerde yükseldiği dönemde, Stoned Ape Theory aklıma gelmişti ve kan akışı ile düşünce örüntüleri arasındaki ilişki bana ilginç geliyordu
    Ama gerçekte beden hareketi ya da fizyolojik tepkiler gibi basit etkenlerin çoğu zaman göz ardı edildiği durumlar vardı
    Kulüplerde halüsinojen etkisi altındaki insanları görünce, onların vasküler sisteminin aşırı aktive olduğunu hissediyordum
    Bu yüzden “psikedelik durumda beyin bağlantısallığı artıyor” iddiasına kuşkuyla yaklaşıyorum

• Lisans yıllarında katıldığım bir araştırmada MapReduce ve GPU ile fMRI analizini hızlandırmıştık (bağlantı)
  2014'teydi ama bugün bakınca çok da bir şey değişmemiş gibi görünüyor

• fMRI ya da SPECT taramalarının halka psikiyatrik tanı aracı gibi pazarlanması tehlikeli
  Dr. Amen gibi influencer doktorlar binlerce dolarlık taramalar satıyor ama bilimsel dayanak zayıf olduğu için sigorta da karşılamıyor
  İnsanlara renkli beyin görselleri gösterildiğinde bunları bilimsel olarak daha güvenilir sanıyorlar; bu da bir tür modern frenoloji (non-invasive phrenology) gibi geliyor

  • YouTube'da Dr. Mike, Amen'la bir röportaj yaptı; başta empatik görünse de iş bilimsel kanıt kısmına gelince eleştirel yaklaşıyor (video)
  • 2009'daki ölü somon fMRI vakasını da hatırlatıyor (Wired yazısı)
  • Amen'ın raporlarını gördüm; hastalara verdiği “beyin taraması görselleri” aslında neredeyse MS Paint seviyesinde vektör grafiklerdi
  • Sadece beyin görselleri içeren makalelerin bile bilimsel güvenilirliği daha yüksek algılandığını gösteren bir araştırma var (PubMed bağlantısı)

• 30 yıl önce Cognitive Neurophysiology Lab'de çalışırken bile bunlar zaten biliniyordu
  Muhtemelen bu makale, genel kamuoyuna bunu yeniden hatırlatmayı amaçlıyor

  • fMRI uzmanlar arasında bile uzun süredir aşırı kullanılan bir teknik
    Bu yüzden bu tür tartışmaların halka tekrar tekrar anlatılması gerekiyor
  • Beyindeki kan akışının artması, sinir etkinliği dışında başka nedenlerle de olabilir mi diye merak ediyorum
    Örneğin atıkların temizlenmesi gibi süreçlerden kaynaklanabilir mi
  • BOLD tepkisi sinirbilimde neredeyse standart kabul edilen bir kavram
    Elbette nöral olmayan etkenler ya da negatif korelasyonlu tepkiler gibi gizemler de var
  • “Oksijen yoğunluğu ile sinir etkinliği arasında genel bir korelasyon yok” iddiası bana abartılı geliyor