fMRI: resonancia magnética funcional

Neuroscience

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Summary

La proyección de imagen de resonancia magnética funcional (fMRI) es una técnica de neuroimagen no invasiva utilizada para investigar la función del cerebro humano y la cognición en individuos sanos y las poblaciones con Estados anormales del cerebro. MRI funcional utiliza una señal de resonancia magnética para detectar cambios en el flujo de sangre que están acoplados a la activación neuronal cuando se realiza una tarea específica. Esto es posible porque la hemoglobina en la sangre tiene propiedades magnéticas diferentes dependiendo de si o no está enlazado al oxígeno. Cuando se realiza una determinada tarea, hay un flujo de sangre oxigenada a las regiones del cerebro responsable de esa función, y esta afluencia puede detectarse entonces con parámetros específicos de la exploración de MRI. Este fenómeno se denomina el efecto sangre oxígeno nivel ependent (en negrilla) y puede utilizarse para crear mapas de actividad cerebral.

Este video comienza con una breve descripción de cómo se obtiene la señal de MRI y fMRI. Luego, diseño experimental básico se repasa, que implica primero configurar una presentación de estímulo que está específicamente diseñada para probar la función que se asigna. Siguiente, claves los pasos involucrados en la realización de la exploración del fMRI se introducen, incluyendo la seguridad del sujeto y la configuración en el escáner. Pasos utilizados para el procesamiento de datos se presentan, incluyendo el procesamiento y análisis estadístico con el modelo lineal general. Finalmente, se revisan algunas aplicaciones específicas de fMRI, tales como las investigaciones sobre la función anormal en trastornos psicológicos y fMRI combinación con modalidades de imágenes gratuitas, como el tensor de difusión (DTI).

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la Neurociencia. fMRI: resonancia magnética funcional. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

La proyección de imagen de resonancia magnética funcional, o fMRI, es un ahora un método de neuroimagen utilizados para investigar la función del cerebro humano y la cognición. fMRI se puede utilizar para investigar la función normal del cerebro y Estados del cerebro anormal o enfermo.

Este método hace uso de imanes para crear mapas de actividad cerebral mediante la detección de cambios en el flujo de sangre que están acoplados a la activación neuronal. Esta técnica de imagen tiene excelente resolución espacial y buen temporal y es no invasiva, ya que no requiere inyecciones ni implican exponer temas a la radiación ionizante.

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

En primer lugar, echemos un vistazo a cómo funciona la proyección de imagen de resonancia magnética. En esencia, máquinas de MRI, o "exploradores" son electroimanes muy fuerte, típicamente 1.5-3 tesla (T), que utiliza las propiedades magnéticas de los tejidos en el cuerpo para crear imágenes.

Cuando un paciente o estudio participante está fuera del escáner, los núcleos de hidrógeno perteneciente a las moléculas en el tejido de agua giran en forma desordenada. Cuando se aplica un campo magnético, a ser más ordenados. Cuando el sujeto dentro del campo magnético oscilante radio frecuencia pulsos, el ángulo de giro transición de núcleos de estado a estado y emiten una señal de lectura por el escáner para producir una imagen.

MRI funcional es posible debido a la hemoglobina en nuestra sangre tiene propiedades magnéticas diferentes dependiendo de si o no está enlazado al oxígeno. Cuando se oxigena, es "paramagnético", lo que provoca una inhomogeneidad del campo, una leve interrupción en el campo magnético local, que disminuye la señal de resonancia magnética obtenidas de tejido circundante.

Aprovechando este fenómeno, la activación cerebral puede medirse según la circulación responde a la activación neuronal. Cuando las neuronas del fuego, su aumento del metabolismo produce un flujo de sangre oxigenada, dando por resultado una disminución en la cantidad de hemoglobina desoxigenada en la región.

Esto resulta en una señal más en el área que rodea las neuronas activas debido a disminución de inhomogeneidad y se refiere como sangre oxigenada nivel dependientes o negrita, señal.

La trama de la señal de MRI, llamada la función de la respuesta hemodinámica, se ve así, con la intensidad de la señal en una región aumenta después de la activación neuronal.

El explorador se puede configurar a la imagen de este fenómeno mediante una secuencia de imágenes sensible a la oxigenación de la sangre. El volumen de todo cerebro necesita ser reflejada cada pocos segundos para capturar el momento del efecto BOLD.

Como todos los experimentos científicos, aquellos que involucran fMRI comienzan mediante el establecimiento de una hipótesis. Entonces, un patrón de presentación de estímulo, o paradigma, debe diseñarse para probar la función del cerebro de interés. Diseños pueden ir desde un paradigma de bloque básico, con largos períodos de exposición del estímulo, a un diseño con un evento más complejo, en que los estímulos se presentan brevemente y espaciados a lo largo del ensayo.

Exploración adecuados parámetros que trabajarán para el diseño experimental también deben ser seleccionado, usando una secuencia de MRI sensible a la señal BOLD.

Antes de ejecutar cualquier experimento en seres humanos, se requiere la aprobación de una ética o de la Junta de revisión institucional. Luego, los participantes del estudio apropiado pueden ser reclutados.

Antes de la exploración, temas primero deben ser evaluados para seguridad de MRI, y deben excluirse cualquier participantes con las contraindicaciones de la MRI, como la presencia de un dispositivo de pacemaking cardiaco. También debe obtener el consentimiento escrito e informado, y todos los elementos metálicos deben ser retirados del cuerpo del sujeto.

Luego, la naturaleza de la experiencia y las indicaciones de tareas funcionales deben ser revisados, como tema rendimiento es crítico para obtener resultados robustos.

En la sala del escáner, se debe proporcionar protección auditiva antes de colocar la bobina principal con el acolchado alrededor de la cabeza para reducir el movimiento. El equipo de presentación del estímulo también debe configurarse. Gafas protectoras o proyector sistemas se suelen utilizar para la presentación visual, pero existen otros tipos de equipo de entrega de estímulos.

Una vez que el sujeto es cómodo, el escáner se envía en el alesaje del imán. Luego, las secuencias de imágenes se establecen, incluyendo una exploración anatómica alta resolución para registrar el análisis funcional.

El tema se les debe recordar las instrucciones de la tarea, y la adquisición funcional debe sincronizarse con el comienzo del paradigma de la tarea. Esto es fundamental, como la tarea tiempo debe combinarse con el calendario de adquisición de imagen para las medidas exactas de la negrita.

El tema debe controlarse durante la exploración, y adicional funcional corre realizado si es necesario. Por último, el tema es ayudado por el escáner y el cristal del escáner.

La imagen específica transformación paquete software y método usado variará dependiendo de la experiencia. En este video, nos se vaya tarea audaz común basado en métodos de procesamiento.

En primer lugar, datos de fMR deben ser previamente procesados para eliminar artefactos de imagen y prepararla para el análisis estadístico. Se trata de corrección de tiempo de corte y corrección de movimiento, así como registro junto a la imagen anatómica.

Estudios de grupo, normalización a un espacio de plantilla estándar se realiza con frecuencia, por lo que las áreas del cerebro y coordenadas espaciales pueden compararse a través de temas.

Una vez están preparados datos, análisis estadístico se realiza para localizar regiones con importante Sr. señal correlacionada con el estímulo o la función cognitiva que fue probada. El modelo lineal general se suele utilizar para analizar experimentos basados en tareas. Este modelo asume que una señal en negrilla se obtuvo que coincide con la función de la respuesta hemodinámica esperada y convolves esta función con el diseño de estímulos.

Por último, se selecciona un umbral estadístico para revisar los resultados, que aparecen típicamente como un mapa paramétrico estadístico, utilizando una escala de colores para indicar unidades estadísticamente significativas de la imagen llamada "voxels", que se puede considerar píxeles 3D. El análisis adicional puede realizarse según sea necesario.

Ahora que hemos introducido cómo se diseña un experimento del fMRI, ejecutar y analizar, Veamos algunas aplicaciones específicas de este método. fMRI se utiliza para comprender la función del cerebro humano 'normal' y la cognición, tales como motor, visual y procesamiento del lenguaje, para nombrar unos pocos. Aunque estas funciones aparentemente básicas, hay todavía mucho por aprender acerca de estos y muchos otros procesos cognitivos.

Además, puede utilizarse fMRI para investigar la función del cerebro en cerebro enfermo Estados y trastornos psicológicos. Hay muchas áreas activas de investigación tales como trastornos de ansiedad, autismo, trastorno de estrés postraumático y demencia.

fMRI también puede combinarse con otras técnicas de MR u otros tipos de imágenes a otros investigar las funciones cerebrales, tales como imágenes de tensor de difusión, electroencefalograma (EEG) o 'EEG' e incluso la estimulación magnética transcraneal o 'TMS.'

También descansan técnicas de análisis de estado de la fMRI que pueden ser utilizadas investigar conectividad funcional, tales como análisis de componentes independientes y análisis de correlación.

Sólo has visto video de Zeus en MRI funcional. Este video cubrió cómo se obtiene la señal de la fMRI, fMRI básica estudio diseño, adquisición de fMRI, procesamiento de datos de atrevidos fMR y aplicaciones.

Hemos aprendido que fMRI es una técnica de imagen robusta y no invasivo que puede utilizarse para investigar muchos aspectos de la función del cerebro humano y la cognición.

Gracias por ver, bueno suerte con tus experimentos y recuerda que MRI seguridad siempre es lo primero!

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