Integrantes: Daniel Retamal Z. Andrea Yáñez N.
Docente:
Fernando Gómez
Ramo: Mantención de equipos radiológicos
Resonancia Magnética Funcional
Resumen La resonancia magnética funcional es un método ni invasivo utilizado para registrar el funcionamiento cerebral durante su actividad, cuya señal es dependiente del nivel de oxigenación sanguínea. Esto hace una gran diferencia con la resonancia magnética que solo aporta características anatómicas del cerebro. El objetivo de éste trabajo es comprender a grandes rasgos que es y como funciona la resonancia magnética funcional. Palabras clave: -‐Resonancia -‐Hemoglobina -‐Magnetismo
Introducción El ser humano desde siempre ha tratado de explorar lugares fuera de su propia visión. Con el transcurso de los años se han diseñado diferentes instrumentos para detectar partículas subatómicas y objetos a miles de años luz. Así como se trata de comprender misterios fuera del cuerpo humano, los científicos tratan de explicar los procesos funcionales del órgano que nos permite definirnos como seres evolucionados. Existen diferentes estudios para realizar un mapeo funcional del cerebro, los cuales se basan en medir la actividad neuronal a través de sus equivalentes fisiológicos como el flujo sanguíneo o el consumo de glucosa.
Aspectos Básicos La resonancia magnética funcional registra los cambios hemodinámicos cerebrales que acompañan la activación neuronal. Permite la evaluación funcional de regiones responsables de la sensorialidad, motricidad, cognición y procesos afectivos en cerebros normales y patológicos. Durante los últimos 15 años la tomografía por emisión de positrones (PET) y la tomografía computada por emisión de fotones simples (SPECT) han sido utilizadas para el monitoreo de la función cerebral. Sin embargo, éstas técnicas tienen una baja resolución espacial y requieren trazadores radioactivos para su realización. La metodología de la resonancia magnética funcional (RMf) está basada en la diferencia entre las señales emitidas en la RM obtenida en condiciones normales basales y las obtenidas durante la estimulación y actividad neuronal (Figura 1). Durante un proceso mental, se produce un aumento de la actividad neuronal, el cual es apoyado por un incremento del flujo sanguíneo. Con la RMf lo que se mide no es la actividad neuronal en sí, sino mas bien las demandas metabólicas que el Figura 1 flujo sanguíneo satisface. En 1936 Linus Pauling y Charles Coryell realizaron investigaciones acerca de la estructura de la hemoglobina. Descubrieron que la molécula de hemoglobina tiene propiedades magnéticas que varían dependiendo si la molécula está unida o no al oxigeno. La hemoglobina oxigenada es diamagnética, presentando una débil repulsión ante un campo magnético. La hemoglobina desoxigenada, por otro lado, es paramagnética, y es atraída a un campo magnético. Las neuronas necesitan nutrientes para funcionar y dada su incapacidad para almacenar contenidos energéticos, el cerebro depende del flujo vascular que le entrega glucosa, oxígeno, vitaminas, aminoácidos y ácidos grasos. Así el incremento regional de la actividad neuronal está asociado a un incremento local del metabolismo y perfusión cerebral. El incremento de la actividad neuronal se traduce en dilatación de lechos capilares con el objeto de proveer mayor monto de glucosa y oxígeno al área de actividad neuronal aumentada. No obstante que exista una mayor demanda energética no conlleva necesariamente un mayor consumo de oxígeno.
Realización del estudio Los pasos generales en la realización de un estudio de RMNf se pueden explicar en forma resumida de la siguiente manera:
1. Planteamiento de una hipótesis por un grupo de expertos y un diseño experimental que trate de explicar la relación topográfica-‐funcional de un evento de activación neuronal; por ejemplo: activación de corteza motora pre-‐frontal izquierda ante movimiento voluntario de la mano derecha. Deben tratar de eliminarse variables que puedan complicar los resultados o aumentar el ruido en la señal obtenida. Por ejemplo: ocurrirá activación occipital por la lectura de instrucciones o activación en zonas de lenguaje si las instrucciones son verbales, además de la activación de corteza motora que es la que se quiere estudiar.
2. Aumento de la actividad neuronal (porciones del cerebro se tornan más rosadas
cuando se activan).
3. Liberación de sustancias vasoactivas por parte de las neuronas (principalmente óxido nítrico).
4. Vasodilatación local.
5. Incremento del flujo sanguíneo.
6. Descenso relativo de la concentración de hemoglobina desoxigenada, debido a una
mayor entrega que consumo de oxigeno.
7. El exceso de sangre oxigenada fluye en las regiones activas y “lava” el volumen de sangre desoxigenada por lo que al ser desplazada por el flujo de sangre con mayor concentración de hemoglobina oxigenada, se obtiene una mayor señal de RM, esto es a lo que llamamos “Contraste BOLD” (dependiente del nivel de oxígeno en la sangre, traducido del inglés.)
8. La señal BOLD es asociada a eventos únicos. La mayor amplitud se registra de 4 a 6
segundos luego del evento, esto constituye una de las limitacion de especificidad temporal de la RMNf. La señal disminuye de nuevo cuando el flujo disminuye pero el volumen permanece aumentado, fenómeno conocido como “under shoot”, resultado del nuevo aumento de la concentración de hemoglobina desoxigenada.
9. Procesamiento de la información: (posicionamiento de los voxels, corrección del
movimiento de la cabeza, etc).
10. Análisis estadístico por t-‐test: existen varios programas gratuitos (AFNI, SPM, VOxBo) o comerciales (Brain Voyager, MEDx).
11. Finalmente presentación de los resultados de las zonas de activación cortical sobre
imágenes (cortes o reconstrucción tridimensional) de RM.
Aspectos Clínicos La RMf se está convirtiendo en el método diagnóstico de elección para conocer cómo se comporta o cómo funcionan el cerebro normal y el cerebro enfermo. También se está empleando como método de diagnóstico previo a la cirugía tumoral cerebral para valorar mejor los potenciales riesgos de la intervención o de otros procedimientos terapéuticos invasivos que puedan utilizarse. Actualmente, una de las principales aplicaciones clínicas de la RMNF es la localización no invasiva de corteza elocuente en pacientes candidatos a cirugía de epilepsia. En la práctica clínica diaria los estudios de RMf se emplean para planificar la cirugía de los tumores cerebrales. Mediante esta técnica podemos identificar las áreas del cerebro que tienen una función normal y aquellas en las que la función está alterada y de esta forma planificar mejor el abordaje quirúrgico o tipo de resección a realizar. Aunque todavía está en fase de investigación parece que la RMf puede también ayudar a demostrar los efectos que producen en la función cerebral los infartos, traumatismos o las enfermedades degenerativas como el Alzheimer. En Junio del año 2012, se ha descubierto una nueva aplicación de la RMf, la lectura cerebral de caracteres en tiempo real para facilitar la comunicación. Los investigadores han desarrollado un dispositivo que permite a las personas que son completamente incapaces de hablar o moverse mantener una conversación. La nueva tecnología se basa en innovadores usos de la resonancia magnética funcional, la cual se analiza para evaluar la conciencia en las personas descritas así como quienes se encuentran en un estado de inconsciencia o vegetativo, logrando que puedan responder a preguntas. En cuanto al área de interés para el estudio con RMf, se encuentran el área motora (Figura 2), el lenguaje expresivo (Figura 3), el lenguaje comprensivo (Figura 4), las áreas visuales (Figura 5), la memoria y el sistema límbico.
Figura 2 Figura 3 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5
Figura 6 (Resonancia magnética funcional en vista coronal y axial mostrando la activación de corteza motora en el hemisferio izquierdo durante paradigma de oposición de dedo pulgar con la mano derecha.)
Figura 7 (Imagen axial que muestra la activación de la región del lenguaje posterior izquierdo al repetir (mentalmente) palabras escuchadas)
Conclusión La resonancia magnética funcional (RMf) que emplea el contraste dependiente del nivel de oxigenación de la sangre (BOLD, en sus siglas en inglés) se ha convertido en la técnica de neuroimagen más ampliamente usada para estudiar de forma no invasiva la función cerebral humana, incluso llegado a dominar la investigación del cerebro, ya que no requiere que las personas deban someterse a inyecciones, cirugía, ingerir sustancias, o estar expuesto a la radiación. La tecnología va abriendo camino para nuevos y emocionantes desarrollos en las técnicas de imágenes diagnósticas. El ritmo rápido de desarrollo promete cosas realmente favorables para los pacientes con lesiones cerebrales, los diagnósticos normalmente son más rápidos y exactos que en los años pasados. Tan importante como la aprobación de una nueva técnica diagnóstica; es que, los médicos deben estar capacitados para utilizar los nuevos sistemas e interpretar los resultados con exactitud.
Bibliografía
• Resonancia magnética funcional: una nueva herramienta para explorar la actividad cerebral y obtener un mapa de su corteza. Dra. María Rosario Rosales F. Revista chilena de radiología. Disponible en: www.scielo.cl.
• Resonancia magnética funcional. Erick Sell. Toronto, Canadá.
• Resonancia Magnética Funcional (RM-‐f) – Cerebral. Disponible en: http://www.inforadiologia.org
• Imagen por resonancia magnética funcional. Wikipedia, la enciclopedia libre.
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