RM Funcional ou de Activação Cerebral Sofia Brandão Neurofisiologia 2009

RM Funcional Visualização da activação cerebral – locais de maior consumo energético.

Hemisférios Cerebrais, vista superior                                                                    Sulco Central Giro Pré-central Giro Pós-central Sulco Pré-central Sulco Pós-central Giro Frontal Médio Giro Frontal Superior Lóbulo Parietal Superior Giro Occipital 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 vivo S. Ogawa, et al., MRM, 14:68-78 (1990) BOLD activation experiments K. 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)

RM Funcional, técnica BOLD 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

Mecanismo da RMf pela técnica BOLD Actividade Cerebral Consumo de O2 CBF Oxihemoglobina Desoxihemoglobina Susceptibilidade Magnética T2* Intensidade sinal

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

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

Oxihemoglobina e Desoxihemoglobina na rede capilar e veias durante a activação cerebral Repouso Activação Fluxo sanguíneo normal Fluxo sanguíneo aumentado Oxyhemoglobina Deoxyhemoglobina Oxihemoglobina Desoxihemoglobina

Efeitos T2* em fMRI acção repouso sinal (S) TE t excitação recepção

Séries de Activação e Mapas de Activação Signal Intensity Off On Off On Off On Off On Scan Number

Desafios na RMf Sensibilidade (relação contraste-ruído) Especificidade 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

Desafios na RMf 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

Imagens Multi-Slice EPI originais Pouco detalhe anatómico Resolução Temporal ++

Mapas de Activação sobrepostos às Imagens Anatómicas

Desenhos experimentais em RMf Adquirir imagens de resolução 128x128 pixels em 3 seg Diagrama de Blocos em fMRI Tarefa Repouso 20-60s Event-Related fMRI 8-12s

Métodos de Análise dos dados em RMf Testes de Hipóteses t-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 esq Área 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.