40% dos sinais de MRI não correspondem à atividade cerebral real

• A ressonância magnética funcional (fMRI) tem sido usada como uma das principais ferramentas para medir a atividade cerebral, mas um estudo recente levanta dúvidas fundamentais sobre a precisão de sua interpretação
• Os resultados mostram que não há uma relação geralmente válida entre as mudanças na concentração de oxigênio medidas por MRI e a atividade neural real
• No experimento, em cerca de 40% dos casos o sinal de fMRI aumentou mesmo quando a atividade cerebral diminuiu; no sentido inverso, também foram observados casos em que o sinal caiu enquanto a atividade aumentou
• O cérebro aparentemente atende à demanda de energia extraindo oxigênio com mais eficiência do sangue já existente, sem aumentar o fluxo sanguíneo
• Essas descobertas apontam para uma mudança importante na forma de interpretar pesquisas sobre transtornos mentais e neurológicos, além do desenvolvimento de modelos cerebrais baseados no metabolismo energético

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Colapso das premissas tradicionais sobre a interpretação do sinal de fMRI

• Há cerca de 30 anos, a fMRI vem sendo usada como ferramenta central na pesquisa do cérebro, mas pesquisadores da TUM e da FAU demonstraram que sua interpretação pode não refletir a atividade neural real
  • O estudo foi publicado na Nature Neuroscience
  • Foi confirmado que não existe uma correlação universal entre o teor de oxigênio medido por MRI e a atividade neural
• Os resultados experimentais mostraram que em cerca de 40% dos casos o aumento do sinal de fMRI esteve associado, na verdade, à diminuição da atividade cerebral
  • Por outro lado, também foram encontrados casos em que a redução do sinal coincidiu com aumento da atividade
• Isso revela que a premissa tradicional — “aumento da atividade → aumento do fluxo sanguíneo → atendimento da demanda de oxigênio” — estava errada

Desenho experimental e método de medição

• Os pesquisadores pediram a mais de 40 participantes saudáveis que realizassem várias tarefas, como aritmética mental e recordação de memórias autobiográficas
• Ao mesmo tempo, mediram o consumo real de oxigênio com uma nova técnica quantitativa de MRI
• Os resultados variaram conforme a tarefa e a região do cérebro, confirmando que o aumento do consumo de oxigênio não necessariamente leva ao aumento do fluxo sanguíneo
  • Por exemplo, em áreas relacionadas a cálculo, a eficiência de extração de oxigênio aumentou sem mudança no fluxo sanguíneo
  • Em outras palavras, o cérebro consegue atender à demanda energética sem aumentar o volume de fluxo sanguíneo

Impacto na pesquisa sobre doenças cerebrais

• Estudos anteriores que usam alterações no fluxo sanguíneo como indicador de ativação neural precisam ser reavaliados
  • Isso levanta a possibilidade de erros de interpretação em pesquisas sobre transtornos mentais e neurológicos, como depressão e Alzheimer
• Especialmente em idosos ou pacientes com doenças vasculares, os valores medidos podem refletir diferenças vasculares, e não déficits neurais
• Resultados anteriores em estudos com animais também apontavam nessa direção

Proposta de uma nova abordagem de análise

• Os pesquisadores propõem combinar a abordagem tradicional de MRI com medições quantitativas
  • Isso pode servir de base para a construção futura de modelos cerebrais baseados em energia
• Em vez de simples mapas de ativação, pode-se evoluir para análises que mostrem a quantidade real de oxigênio e energia consumida no processamento de informações
• Isso abre caminho para identificar, em valores absolutos, mudanças no metabolismo energético associadas ao envelhecimento, transtornos mentais e doenças neurodegenerativas

Contexto da pesquisa e informações de publicação

• O estudo foi conduzido no Neuro-Head Center do hospital universitário da TUM
• Recebeu apoio de uma Starting Grant do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC)
• Artigo: BOLD signal changes can oppose oxygen metabolism across the human cortex,
  Nature Neuroscience, 12 de dezembro de 2025, DOI: 10.1038/s41593-025-02132-9

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Comentários do Hacker News

• Trabalhei em uma startup de pesquisa em BMI no passado e tive experiência com equipamentos caros de medição de sinais neurais, como EEG e fMRI
  Logo percebi que a relação sinal-ruído (SNR) era tão baixa que a reprodutibilidade era quase impossível
  Já vi um artigo dizendo que previam, a partir de sinais de fMRI, a imagem que uma pessoa estava imaginando, e quando perguntei “deep learning não é justamente encontrar padrões até em ruído aleatório? Isso não seria overfitting?”, não houve uma resposta clara
  Um mês depois, saíram matérias no estilo “agora a IA lê seus pensamentos”, o que achei absurdo
  Então, quando alguém diz “mindfulness muda as ondas cerebrais”, costumo responder “se for um estudo baseado em EEG, é difícil confiar”
  Claro, pessoalmente sinto que ajuda

  • Também há pesquisas confiáveis com EEG e fMRI
    O importante é tratar movimento e ruído fisiológico como problemas de primeira ordem e aplicar critérios rigorosos de qualidade dos dados
    Parece uma conclusão generalizada demais sobre o problema de overfitting em deep learning
  • O EEG é suficientemente útil em casos simples, como estudos de estágios do sono ou biofeedback
    Já no caso da fMRI, não está claro se a qualidade do sinal chega a esse nível
  • Em estudos de predição de imagem, se o resultado for melhor do que o aleatório em termos estatísticos, isso por si só já pode ser significativo
    Se o desenho experimental foi adequado, pode ser um resultado interessante mesmo sem muito conhecimento de fMRI
  • O problema da relação sinal-ruído não está diretamente ligado ao tema da matéria
    Este artigo afirma que o fluxo sanguíneo em si não reflete de forma útil a atividade cerebral

• Lembro que, na pós-graduação, li um artigo dizendo que haviam detectado atividade cerebral estatisticamente significativa em um salmão morto
  Na época pensei: “isso é coisa de ganhar um Ig Nobel”

  • Esse estudo foi realmente feito por nós
    Mostramos que, sem correção estatística adequada em fMRI, podem surgir falsos positivos, e recebemos o Ig Nobel em 2012

• Como engenheiro de software da área, entendo que este estudo tenta validar o sinal BOLD tradicional com outra técnica de MRI
  Mas ambas as técnicas passam por várias suposições estatísticas e etapas de processamento de dados, e esse próprio processo embute incertezas
  Por exemplo, coisas arbitrárias como “se o sinal estiver áspero, aplique um filtro gaussiano para suavizar”
  Por isso, acho difícil afirmar categoricamente que “o sinal B mostra que o sinal A não reflete atividade cerebral real”
  O próprio artigo diz que, por não terem um scanner PET, usaram MRI quantitativa no lugar

  • O estudo diz que em 40% dos casos o sinal de fMRI tinha anticorrelação com a atividade cerebral real, mas acho que essa conclusão também pode sofrer dos mesmos problemas das limitações gerais da fMRI
    Para uma validação de verdade, o experimento precisaria ser repetido com várias modalidades múltiplas, como fMRI, PET etc.
  • A afirmação de que “a universidade não tem scanner PET” não é verdadeira
    A TUM de fato tem equipamento de PET (link)
  • Na maior parte das pesquisas não clínicas, PET com 15O não é usado
    Pelo que sei, ele é usado principalmente para fins clínicos

• Lembro que, na época da pós na UCSD, o artigo de Ed Vul “Voodoo Correlations in Social Neuroscience” causou uma enorme polêmica
  Ele apontava o problema das correlações exageradas em pesquisas com fMRI e acabou sendo publicado com um título mais brando
  Vul estava no primeiro ano como professor assistente, e me pareceu uma figura genial desafiando um campo inteiro
  O artigo relacionado e os comentários podem ser vistos aqui, aqui e aqui

• A maioria dos comentários neste tópico parece ter sido escrita por pessoas que não são especialistas em imagem
  Há muito conteúdo influenciado por divulgação científica popular
  A literatura já existe, então cada um pode procurar por conta própria

  • Falar só isso não ajuda
    Seria melhor indicar ao menos alguns artigos ou materiais para referência
  • Quando o HN discute sua área de especialidade, é uma experiência dolorosa de assistir
  • Se há muitos comentários errados, seria mais útil apontar concretamente o que está incorreto
  • Falando como paciente de fMRI, no meu laudo o conteúdo de fMRI não foi mencionado em nenhum momento
    Também não me explicaram por que fizeram o exame
  • Como há poucos comentários, teria sido melhor corrigir uma ou duas interpretações erradas em vez de só dizer “procurem a literatura”

• É um momento que faz lembrar o estudo de fMRI do salmão morto (link)
  Há muito tempo a fMRI é apontada como tendo uma base científica instável

  • Na verdade, esse estudo não era um problema exclusivo da fMRI, mas mostrava algo que pode ocorrer em qualquer técnica de imagem com ruído se não houver correção estatística
    Hoje, correções de múltiplos testes como Bonferroni ou FDR já são procedimentos padrão
  • Chamar o estudo de Bennett e colegas de “estudo de Stanford” está errado
    O pôster original pode ser visto aqui
  • As técnicas estatísticas da fMRI evoluíram bastante, então as críticas daquela época não se aplicam hoje da mesma forma
  • Eu também lembrei imediatamente desse estudo
    Não imaginava que já fazia tanto tempo

• Como notícia relacionada, há um estudo dizendo que psicodélicos rompem o acoplamento entre fluxo sanguíneo e atividade neural no cérebro
  Isso questiona pesquisas anteriores que interpretavam aumento do fluxo sanguíneo em fMRI como aumento da atividade cerebral
  link

  • Na época em que a MRI estava em alta, nos anos 80, achei interessante a relação entre fluxo sanguíneo e padrões de pensamento, lembrando da Stoned Ape Theory
    Mas, na prática, muitas vezes se ignoravam fatores simples como movimento corporal ou respostas fisiológicas
    Ao ver pessoas sob alucinação em clubes, eu sentia que o sistema vascular delas estava excessivamente ativado
    Por isso sou cético quanto à ideia de que “o estado psicodélico aumenta a conectividade cerebral”

• Em uma pesquisa da qual participei na graduação, nós aceleramos a análise de fMRI com MapReduce e GPU (link)
  Isso foi em 2014, mas olhando hoje, pouca coisa parece ter mudado

• É perigoso divulgar fMRI ou SPECT para o público como se fossem ferramentas diagnósticas psiquiátricas
  Médicos influenciadores como o Dr. Amen vendem exames de milhares de dólares, mas a base científica é fraca e os seguros nem cobrem
  Quando mostram imagens do cérebro coloridas, as pessoas passam a confiar nelas como se fossem científicas, mas isso parece uma espécie de frenologia moderna não invasiva

  • O Dr. Mike, do YouTube, entrevistou Amen: no começo parecia concordar com ele, mas quando chegou à parte da base científica, adotou uma postura crítica (vídeo)
  • Isso também faz lembrar o caso da fMRI do salmão morto de 2009 (artigo da Wired)
  • Já vi um relatório do Amen, e as “imagens de escaneamento cerebral” que ele entregava aos pacientes eram basicamente gráficos vetoriais em nível de MS Paint
  • Há um estudo mostrando que apenas incluir imagens do cérebro em um artigo já faz com que ele seja percebido como mais cientificamente confiável (link do PubMed)

• Quando trabalhei no Cognitive Neurophysiology Lab há 30 anos, isso tudo já era conhecido
  Provavelmente a intenção deste artigo é apenas relembrar isso ao público geral

  • A fMRI é uma tecnologia usada em excesso há muito tempo, até mesmo entre especialistas
    Por isso esse tipo de discussão precisa ser repetidamente levado ao público
  • Fico curioso se o aumento do fluxo sanguíneo cerebral pode ocorrer por motivos que não sejam atividade neural
    Por exemplo, poderia ser por causa de processos como remoção de resíduos?
  • A resposta BOLD é um conceito praticamente aceito como padrão na neurociência
    Claro que ainda existem mistérios, como fatores não neurais ou respostas com correlação negativa
  • A afirmação de que “não existe correlação geral entre concentração de oxigênio e atividade neural” parece exagerada