RM Funcional ou de Activação Cerebral

Sofia BrandãoNeurofisiologia 2009

Visualização da activação cerebral – locais de maior consumo energético.

RM Funcional

Hemisférios Cerebrais, vista superior

                                                                  

1.Sulco Central 2.Giro Pré-central 3.Giro Pós-central 4.Sulco Pré-central 5.Sulco Pós-central 6.Giro Frontal Médio 7.Giro Frontal Superior 8.Lóbulo Parietal Superior 9.Giro Occipital 10.Cisura Longitudinal

RM Funcional, técnica BOLD

Magnetic properties of oxyhemoglobin and

deoxyhemoglobin L. Pauling and C. Coryell, PNAS USA 22:210-216 (1936)

BOLD effects in vivoS. Ogawa, et al., MRM, 14:68-78 (1990)

BOLD activation experimentsK. K. Kwong, et al., PNAS USA, 89:5675-5679 (1992)

S. Ogawa, et al., PNAS USA, 89:5951-5955 (1992)

P. A. Bandettini, et al., MRM, 25:390-397 (1992)

J. Frahm, et al., JMRI, 2:501-505 (1992)

Um dos métodos não invasivos para identificar e avaliar propriedades do funcionamento cerebral

Os primeiros trabalhos nesta área mostram que a fMRI é capaz de detectar áreas cerebrais com alterações “no funcionamento” durante a realização de uma tarefa específica.

O exame de consiste na aquisição de séries de imagens do cérebro em períodos em que o paciente está em repouso e em períodos em que o paciente “sofre” uma estimulação em áreas sensitivas/motoras/cognitivas do encéfalo

RM Funcional, técnica BOLD

Aquisição de imagens em vários ciclos de estimulação e repouso - para um processamento estatístico posterior - que determinará as áreas do cérebro responsáveis pelo controlo da área estimulada.

Estas regiões recebem um de fluxo sanguíneo que o necessário para suprir as necessidades de oxigénio no tecido em período de repouso.

Através de um processamento estatístico é possível detectar que áreas do cérebro são responsáveis pela resposta ao estímulo emitido.

RM Funcional, técnica BOLD

Permite mapear áreas do cérebro para planeamento cirúrgico, de forma a evitar que numa cirurgia no cérebro se faça exérese de partes do tecido nervoso responsáveis pela parte sensitiva e motora.

MAV, epilepsia

RM Funcional, técnica BOLD

Mecanismo da RMf pela técnica BOLD

Actividade Cerebral

Consumo de O2 CBF

OxihemoglobinaDesoxihemoglobina

Susceptibilidade Magnética

T2*

Intensidade sinal

Menos desoxihemoglobina como resultado de um aumento no fluxo resulta num aumento no sinal (BOLD effect)

RM Funcional, técnica BOLD

Propriedades Magnéticas da Oxihemoglobina e Desoxihemoglobina

Deoxyhemoglobin: paramagnetic (c > 0) paramagnetic with respect to the surrounding tissue

Oxyhemoglobin: diamagnetic (c < 0) isomagnetic with respect to the surrounding tissue

22HbOOHb

Oxihemoglobina e Desoxihemoglobina na rede capilar e veias durante

a activação cerebral

Oxyhemoglobina Deoxyhemoglobina

Repouso Activação

Fluxo sanguíneo normal Fluxo sanguíneo aumentado

OxihemoglobinaDesoxihemoglobina

Efeitos T2* em fMRI

excitação recepção

sin

al (S

) acçãorepouso

TE t

Séries de Activação e Mapas de Activação

Off Off Off OffOn On On On

Scan Number

Sig

nal

In

ten

sity

Desafios na RMf

Sensibilidade (relação contraste-ruído) A mudança no sinal BOLD é ~1-2% em 1.5 T

As pulsações fisiológicas (cardíaca e respiratória), os

movimentos da cabeça e a instabilidade instrumental podem

causar artefactos

Especificidade Localização da activação – neurónios

Artefactos de Susceptibilidade Magnética

Resolução Temporal Limitada pela função impulso-resposta BOLD, pela

matriz, tempos de relaxamento protónicos, etc…

Resolução Espacial Limitada pela relação sinal-ruído, etc…

Ruído Acústico

Desafios na RMf

Imagens Multi-Slice EPI originais

Pouco detalhe anatómicoResolução Temporal ++

Mapas de Activação sobrepostos às Imagens Anatómicas

Desenhos experimentais em RMf

Diagrama de Blocos em fMRI

Event-Related fMRI

Repouso

Tarefa

20-60s

8-12s

Adquirir imagens de resolução

128x128 pixels em 3 seg

Métodos de Análise dos dados em RMf

Testes de Hipótesest-test, cross-correlation, GLM, etc.

Data-driven Análise de Componentes Principais (ACP), Análise de

Componentes Independentes (ACI), e Análise de

Clusters

EXEMPLOS

Estímulos Visuais

Mapas de Activação Visual

Avaliação pré-operatória de LOE

Áreas motoras mão dta e esqÁrea Linguagem e relação com o tumor

A recent study of spatial working memory (Osmon, Zigun, Suchy, & O'Reilly) found differences in frontal, occipital, and parietal activation associated with gender. These differences suggested that men, typically better at spatial tasks, had more frontal relative to occipital activation while women had the opposite relationship.