1.9: fMRI: resonancia magnética funcional

La resonancia magnética funcional, o fMRI, es un método de neuroimagen ampliamente utilizado para investigar la función cerebral humana y la cognición. La fMRI se puede utilizar para investigar tanto la función cerebral normal como los estados cerebrales anormales o enfermos.

Este método hace uso de imanes potentes para crear mapas de la actividad cerebral mediante la detección de cambios en el flujo sanguíneo que están acoplados a la activación neuronal. Esta técnica de imagen tiene una excelente resolución espacial y temporal, y no es invasiva, ya que no requiere inyecciones ni implica exponer a los sujetos a radiaciones ionizantes.

Este video cubrirá cómo se obtiene la señal de fMRI, el diseño experimental básico, la adquisición de fMRI, así como el procesamiento básico de datos.

Primero, echemos un vistazo a cómo funcionan las imágenes por resonancia magnética. Esencialmente, máquinas de resonancia magnética o ?escáneres? son electroimanes muy potentes, normalmente de 1,5 a 3 teslas (T), que utilizan las propiedades magnéticas del tejido del cuerpo para crear imágenes.

Cuando un paciente o participante del estudio está fuera del escáner, los núcleos de hidrógeno que pertenecen a las moléculas de agua en el tejido giran de manera desordenada. Cuando se aplica un campo magnético, se vuelven más ordenados. Cuando el sujeto dentro del campo magnético se expone a pulsos de radiofrecuencia oscilantes, el ángulo de los núcleos giratorios pasa de un estado a otro y emite una señal leída por el escáner para producir una imagen.

La resonancia magnética funcional es posible porque la hemoglobina dentro de nuestra sangre tiene diferentes propiedades magnéticas dependiendo de si está unida o no al oxígeno. Cuando se desoxigena, es ?paramagnético,? lo que significa que provoca una falta de homogeneidad del campo, o una ligera interrupción en el campo magnético local, que disminuye la señal de resonancia magnética obtenida del tejido circundante.

Aprovechando este fenómeno, la activación cerebral se puede medir en función de cómo responde el flujo sanguíneo a la activación neuronal. Cuando las neuronas se activan, su aumento del metabolismo da lugar a una afluencia de sangre oxigenada, lo que resulta en una disminución de la cantidad de hemoglobina desoxigenada en la región.

Esto da como resultado más señal en el área que rodea a las neuronas activas debido a la disminución de la falta de homogeneidad, y se conoce como señal dependiente del nivel de oxigenación en sangre, o BOLD.

El gráfico de la señal de resonancia magnética, llamada función de respuesta hemodinámica, se ve así, con la intensidad de la señal en una región que aumenta después de la activación neuronal.

El escáner se puede configurar para obtener imágenes de este fenómeno utilizando una secuencia de imágenes sensible a la oxigenación de la sangre. Es necesario obtener imágenes de todo el volumen del cerebro cada pocos segundos, para capturar el momento del efecto BOLD.

Al igual que todos los experimentos científicos, los que involucran resonancia magnética funcional comienzan estableciendo una hipótesis. Luego, se debe diseñar un patrón de presentación de estímulos, o paradigma, para evaluar la función cerebral de interés. Los diseños pueden variar desde un paradigma básico de bloques, que contiene períodos prolongados de exposición a estímulos, hasta un diseño más complejo relacionado con eventos, en el que los estímulos se presentan brevemente y se espacian a lo largo del ensayo.

También es necesario seleccionar los parámetros de exploración apropiados que funcionen para el diseño experimental, utilizando una secuencia de resonancia magnética sensible a la señal BOLD.

Antes de realizar cualquier experimento en seres humanos, se requiere la aprobación de una junta de ética o de revisión institucional. Luego, se pueden reclutar los participantes apropiados para el estudio.

Antes de la exploración, los sujetos deben ser examinados para determinar la seguridad de la resonancia magnética, y se debe excluir a cualquier participante con contraindicaciones para la resonancia magnética, como la presencia de un dispositivo de marcapasos cardíaco. También se debe obtener el consentimiento escrito e informado, y todos los elementos metálicos deben ser retirados del cuerpo del sujeto.

A continuación, se debe revisar la naturaleza del experimento y las direcciones funcionales de la tarea, ya que el rendimiento del sujeto es fundamental para obtener resultados sólidos.

En la sala de escáneres, se debe proporcionar protección auditiva antes de colocar la bobina de la cabeza con acolchado alrededor de la cabeza para reducir el movimiento. También es necesario configurar el equipo de presentación de estímulos. Los sistemas de gafas o proyectores se utilizan a menudo para la presentación visual, pero existen otros tipos de equipos de entrega de estímulos.

Una vez que el sujeto se siente cómodo, la cama del escáner se envía al orificio del imán. A continuación, se configuran las secuencias de imágenes, incluida una exploración anatómica de alta resolución para volver a registrarse en las exploraciones funcionales.

Se deben recordar al sujeto las instrucciones de la tarea, y la adquisición funcional debe sincronizarse con el inicio del paradigma de la tarea. Esto es fundamental, ya que la temporización de la tarea debe coincidir con la temporización de la adquisición de imágenes para obtener mediciones BOLD precisas.

El sujeto debe ser monitoreado durante la exploración y se deben realizar ejecuciones funcionales adicionales si es necesario. Finalmente, se ayuda al sujeto a salir del escáner y a salir de la cama del escáner.

El método específico de procesamiento de imágenes y el paquete de software utilizado variarán según el experimento. En este video, repasaremos los métodos comunes de procesamiento basados en tareas BOLD.

En primer lugar, los datos de fMR deben procesarse previamente para eliminar los artefactos de la imagen y prepararlos para el análisis estadístico. Esto implica la corrección del tiempo de corte y la corrección del movimiento, así como el registro conjunto en la imagen anatómica.

En el caso de los estudios de grupo, a menudo también se realiza la normalización a un espacio de plantilla estándar, por lo que las áreas cerebrales y las coordenadas espaciales se pueden comparar entre sujetos.

Una vez que se preparan los datos, se realiza un análisis estadístico para localizar regiones con una señal de RM significativa correlacionada con el estímulo o la función cognitiva que se evaluó. El modelo lineal general se utiliza normalmente para analizar experimentos basados en tareas. Este modelo supone que se obtuvo una señal BOLD que coincide con la función de respuesta hemodinámica esperada, y convoluciona esta función con el diseño del estímulo.

Por último, se selecciona un umbral estadístico para revisar los resultados, que normalmente se muestran como un mapa estadístico paramétrico, utilizando una escala codificada por colores para indicar unidades estadísticamente significativas de la imagen llamadas ?vóxeles,? que pueden considerarse píxeles 3D. Se pueden realizar análisis adicionales según sea necesario.

Ahora que hemos presentado cómo se diseña, ejecuta y analiza un experimento de resonancia magnética funcional, veamos algunas aplicaciones específicas de este método. La resonancia magnética funcional con resonancia magnética funcional se utiliza para comprender la función cerebral y la cognición "normales", como el procesamiento motor, visual y del lenguaje, por nombrar algunas. Aunque estas son funciones aparentemente básicas, todavía hay mucho que aprender sobre estos y muchos otros procesos cognitivos.

Además, la resonancia magnética funcional se puede utilizar para investigar la función cerebral en estados cerebrales enfermos y trastornos psicológicos. Hay muchas áreas activas de investigación, como los trastornos de ansiedad, el trastorno de estrés postraumático, el autismo y la demencia.

La resonancia magnética funcional también puede combinarse con otras técnicas de resonancia magnética u otros tipos de imágenes para investigar más a fondo las funciones cerebrales, como las imágenes con tensor de difusión, la electroencefalografía o la resonancia magnética. ¿¿EEG?? e incluso la estimulación magnética transcraneal, o ? TMS'.

También existen técnicas de análisis de fMRI en estado de reposo que se pueden utilizar para investigar la conectividad funcional, como el análisis de componentes independientes y el análisis de correlación cruzada.

Acabas de ver el video de JoVE sobre la resonancia magnética funcional. Este video cubrió cómo se obtiene la señal de fMRI, el diseño básico del estudio de fMRI, la adquisición de fMRI, el procesamiento de datos de fMR BOLD y las aplicaciones.

Hemos aprendido que la resonancia magnética funcional es una técnica de imagen robusta y no invasiva que se puede utilizar para investigar muchos aspectos de la función cerebral y la cognición humanas.

¡Gracias por mirar, buena suerte con sus experimentos y recuerde que la seguridad de la resonancia magnética siempre es lo primero!