Resonancia magnética funcional

Aunque la RM funcional es una terminología genérica, es decir, aplicable a cualquier técnica de imagen de RM que proporcione información adicional a la morfología simple (por ejemplo, imágenes metabólicas, cuantificación del flujo sanguíneo, imágenes de movimiento cardíaco, etc.).).), a menudo se utiliza como sinónimo de imágenes de resonancia magnética funcional neuronal, una de las técnicas de neuroimagen funcional de último desarrollo La imagen de resonancia magnética funcional, abreviada como RMF o fMRI (imagen de resonancia magnética funcional) es una técnica para la imagen biomédica, que consiste en el uso de la imagen de resonancia magnética para evaluar la funcionalidad de un órgano o aparato, de una manera complementaria a la imagen. Esta técnica es capaz de visualizar la respuesta hemodinámica (cambios en el contenido de oxígeno del parénquima y capilares) relacionada con la actividad neuronal del cerebro o la médula espinal, en humanos u otros animales.

Durante más de cien años, se ha sabido que los cambios en el flujo sanguíneo y la oxigenación sanguínea en el cerebro (hemodinámica) están estrechamente relacionados con la actividad neuronal. Charles Scott Sherrington y Charles S. Roy es frecuentemente citado como el PRIMERO en postular, en 1890, que el cerebro tiene "mecanismos intrínsecos a través de los cuales su suministro de sangre puede variar localmente en correspondencia con las variaciones locales de la actividad funcional" (Kullmann, 2014. Cerebro. Editorial 137: 307). Pero la primera evidencia experimental se ha proporcionado a finales del siglo XIX por el fisiólogo italiano Angelo Mosso, inventor de la primera técnica de neuroimagen, funcional, historia, conocido como el ''equilibrio de la circulación humana y capaz de medir no invasiva la redistribución de la sangre durante la actividad emocional, e intelectual. El manuscrito que describe las primeras expresiones hechas con el ''equilibrio de la circulación humana'' fue redescubierto por Stefano Sandrone y sus colegas en 2013. Cuando las células nerviosas están activas, consumen oxígeno transportado por la hemoglobina de los eritrocitos que pasan a través de los capilares sanguíneos locales. El efecto de este consumo de oxígeno es un aumento del flujo sanguíneo en las regiones donde se produce una mayor actividad neuronal, que se produce con un retraso de aproximadamente 1 a 5 segundos. Esta respuesta hemodinámica alcanza un pico en 4-5 segundos, antes de volver a caer hasta el nivel inicial (por lo general cae incluso por debajo de él): tiene por lo que los cambios en el flujo sanguíneo cerebral, también cambia el volumen sanguíneo localizado del cerebro, y la concentración relativa de oxihemoglobina (la hemoglobina está oxigenada) y desoxihemoglobina (hemoglobina no peróxido). La hemoglobina es diamagnética cuando se oxigena, pero paramagnética cuando no se oxigena, y la señal dada por la sangre en la resonancia magnética nuclear (RMN) varía dependiendo del nivel de oxigenación. Estas diferentes señales se pueden detectar utilizando una secuencia apropiada de pulsos de RMN, como el contraste dependiente del nivel de oxigenación sanguínea (negrita). Mayores intensidades de señal en negrita resultan de una reducción en la concentración de hemoglobina no oxigenada, ya que se encuentra que la susceptibilidad magnética de la sangre tiene un valor más cercano al de los tejidos. Utilizando el análisis por resonancia magnética, utilizando parámetros sensibles a la variación en la susceptibilidad magnética, es posible estimar cambios en contraste audaz, que pueden ser positivos o negativos dependiendo de los cambios relativos en el flujo sanguíneo cerebral y el consumo de oxígeno. Los aumentos en el flujo sanguíneo cerebral, en proporción mayor que el aumento en el consumo de oxígeno, conducirá a una mayor señal audaz; por el contrario, las disminuciones en el flujo, mayor que los cambios en el consumo de oxígeno, causará una menor intensidad de la señal audaz. El descubrimiento de los principios clave de la resonancia magnética funcional y la señal audaz se atribuye a Seiji Ogawa y Kenneth Kwong.

La relación correcta entre las señales neuronales y BOLD sigue siendo objeto de investigación, pero, en general, los cambios en la señal BOLD están relacionados con los cambios en el flujo sanguíneo. Numerosos estudios, realizados en las últimas décadas, han identificado un acoplamiento entre el flujo sanguíneo y la tasa metabólica; es decir, el suministro de sangre está estrictamente regulado en el espacio y el tiempo en función del suministro de nutrientes necesarios para el metabolismo del cerebro. Sin embargo, los neurocientíficos están buscando una relación más directa entre el suministro de sangre y las entradas/salidas neuronales que puedan vincularse tanto a la actividad eléctrica observable como a los patrones de circuito de la función cerebral. Las observaciones de las corrientes eléctricas indicarían que los potenciales de campo local, índices de actividad eléctrica integrada, tienen una mayor correlación con el flujo sanguíneo que los potenciales de acción que están más directamente relacionados con las comunicaciones neuronales. Sin embargo, ninguna medida de la actividad eléctrica por sí sola proporcionó una correlación adecuada con el metabolismo y el suministro de sangre en rangos experimentales amplios y dinámicos. Presumiblemente, esto refleja la naturaleza compleja de los procesos metabólicos, de los cuales la actividad eléctrica también forma parte. Algunas investigaciones recientes han sugerido que el aumento del flujo sanguíneo cerebral, que sigue a la actividad neuronal, no estaría relacionado con la demanda metabólica de la región cerebral, sino que sería impulsado por la presencia de neurotransmisores, especialmente el ácido glutámico. Los resultados de investigaciones recientes sugieren que una ligera disminución inicial antes de la señal positiva en negrita tendría un tamaño más localizado y estaría relacionada con disminuciones locales en la concentración de oxígeno en los tejidos (tal vez reflejando un aumento del metabolismo local durante la activación de las neuronas). Con el análisis de la señal negativa en negrita, y más localizada, fue posible obtener imágenes de las columnas de dominancia ocular en la corteza visual primaria con una resolución de aproximadamente 0,5 mm. sin embargo, la señal negativa en negrita inicial es débil y se puede detectar con el uso de un escáner potente, con los campos magnéticos de al menos 3 tesla. La señal también es mucho menos intensa que la señal positiva negrita normal, lo que hace difícil extraerla del ruido de fondo. Además, esta pequeña variación ocurre en aproximadamente 1-2 segundos desde el inicio del estímulo y puede no ser detectada cuando las señales se registran con tiempos de repetición largos. Si el tiempo de repetición es lo suficientemente bajo, la observación de la señal negativa puede ser distorsionada por el aumento de la velocidad de la respuesta del flujo sanguíneo cerebral, causada por el posible consumo de sustancias vasoactivas (como la cafeína). La señal audaz es generada por el suministro general de sangre cerebral de las arterias y venas grandes, arteriolas y vénulas Pequeñas y de los capilares. Los resultados experimentales indican que la señal en negrita se puede estimar a partir de vasos más pequeños, luego más cerca de las neuronas activas, utilizando campos magnéticos más intensos. Por ejemplo, mientras que aproximadamente el 70% de la señal en negrita proviene de los vasos principales en un escáner de 1.5 tesla, aproximadamente el 70% proviene de los vasos menores en un escáner de 4 tesla. Además, la magnitud de la señal en negrita varía aproximadamente en proporción al cuadrado de la intensidad del campo magnético. Por lo tanto, ha aumentado la atención hacia escáneres de campo más intensos, tanto para mejorar la ubicación de las mediciones como para aumentar la señal detectable. En los últimos años se han puesto en funcionamiento 7 escáneres tesla y se están desarrollando 8 y 9 escáneres experimentales tesla.

La señal en negrita se mide mediante la adquisición rápida de imágenes volumétricas con contraste de pesaje T 2 o T 2*. Estas imágenes se pueden adquirir con una resolución espacial y temporal discreta: se adquieren con un período que va de 1 a 4 segundos y cada voxel representa un cubo de tejido de aproximadamente 2 - 4 mm por lado. Los últimos avances tecnológicos, como el uso de campos magnéticos intensos y la recepción de radiofrecuencias multicanal, han hecho posible la resolución espacial a escala milimétrica. Las respuestas a los estímulos, aproximadamente con uno o dos segundos de diferencia, se distinguen por un método conocido como resonancia magnética funcional relacionada con el evento, mientras que el tiempo total de llevar a cabo una respuesta audaz a un estímulo corto dura aproximadamente 15 segundos, debido a la señal positiva intensa.

Los principios en los que se basa la FMRI involucran varias disciplinas científicas; el uso efectivo en la investigación y el estudio de esta técnica requiere un buen conocimiento relacionado con los siguientes campos:

Desde su introducción, la RMF ha sido fuertemente criticada tanto como técnica de investigación como por la interpretación de sus resultados. Como con cualquier otra técnica, la valencia de RMF está fuertemente influenciada por el diseño del experimento que implica su uso. Muchos investigadores utilizaron la RMF en vano porque no tenían un conocimiento adecuado de todos los aspectos involucrados en la técnica, o porque recibieron enseñanzas en disciplinas caracterizadas por menos rigor que las ramas de la psicología y la neurociencia involucradas aquí. El uso ineficaz de la técnica es un problema, pero no debido a las características de la técnica en sí. Al menos dos empresas se han equipado para el uso de RMF como una máquina de la verdad. Las señales obtenidas por el escáner RMF se muestran en una pantalla, donde se resaltan las regiones cerebrales activas. Dependiendo de las regiones más activas, se cree que es posible determinar si un sujeto está diciendo La Verdad o no. Este uso nació muy recientemente y sus partidarios esperan que pueda reemplazar técnicas de detección anteriores, como el polígrafo, sin embargo existen dudas sobre la cientificidad de estos métodos.

Los sujetos que participan en un examen FMR simplemente necesitan acostarse en la cama del escáner. Las almohadillas suaves se utilizan generalmente para evitar que los pequeños movimientos interfieran con la medición. Algunos laboratorios utilizan una herramienta hecha para ser mordida por el paciente para que la cabeza se mantenga firme, pero no es una práctica muy común ya que a menudo causa molestias. Es posible corregir el efecto de movimientos muy pequeños en la fase de post-procesamiento de los datos, pero más allá de tres milímetros de desplazamiento la medición se invalida irremediablemente. El problema del movimiento surge con todos los pacientes, pero especialmente con los sujetos que no están física o emocionalmente preparados para exámenes, incluso cortos, de este tipo (por ejemplo, personas con enfermedad de Alzheimer, esquizofrenia o niños pequeños). En este tipo de sujetos, se pueden utilizar diversas técnicas de refuerzo para mitigar los artefactos, pero en general las soluciones consisten en diseñar un paradigma compatible con estos pacientes. Un examen fMRI generalmente dura entre 15 minutos y dos horas, dependiendo del objetivo del estudio. Los sujetos pueden someterse a diversas pruebas como ver videos, escuchar sonidos, percibir olores, realizar operaciones cognitivas como memorizar o imaginar algo, presionar algunos botones u otro tipo de tareas. Los investigadores deben proporcionar instrucciones detalladas y descripciones del esquema del experimento a cada sujeto, quienes, en consecuencia, deben dar su consentimiento informado para el procedimiento. La seguridad es un factor importante en todos los experimentos que involucran fMRI. Los sujetos deben asegurarse de que están en condiciones de realizar un examen que implique RMN. Debido a la técnica utilizada (RMN), un campo magnético muy intenso está de hecho presente cerca del escáner (1,5 T o más). En primer lugar, se debe examinar cuidadosamente a los pacientes en busca de cualquier tipo de objeto ferromagnético (relojes, gafas,marcapasos, placas óseas, tornillos óseos, etc.).) lo que haría peligroso incluso acercarse al escáner. Si los objetos de este tipo no son removibles, como es el caso de los dispositivos médicos, no es posible llevar a cabo el examen.

Imágenes de resonancia magnética

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