Temas del Curso. Introducción a la resonancia magnética. Introducción a la fisiología de la señal BOLD. Introducción de la suite de herramientas FSL.

Transcripción

1 Temas del Curso Introducción a la resonancia magnética. Introducción a la fisiología de la señal BOLD. Introducción de la suite de herramientas FSL. Postproceso de imágenes "crudas" de fmr. Análisis estadístico de experimentos de fmri con diseño por bloques. Ejemplo: obtención de mapas de activación en una tarea motora sencilla (finger tapping) Métodos para el análisis global de la actividad cerebral: análisis probabilistico de componentes independientes (PICA, FSL MELODIC). Ejemplo: obtención de redes funcionales asociadas a sitios en distintos sistemas con funciones bien definidas (motor, modo "default", auditivo, visual, etc). Conectividad funcional y estructural del cerebro humano. Correspondencia entre el cerebro activo y el cerebro en reposo. Conectividad estructural: introducción al tensor de difusión. Aplicación de lo visto en las clases anteriores a ejemplos, en particular, diferencias entre controles y pacientes con dolor crónico.

2 Características generales de MRI y fmri Propiedades magnéticas del tejido permiten obtener imágenes con alta resolución espacial (orden de 1 mm) de manera no invasiva Cambios metabólicos permiten identificar de manera indirecta la actividad cerebral que los generan Resolución temporal del orden de 1 segundo, pero muy buena resolución espacial Preguntas pertinentes: cómo se generan las imágenes? Cómo se detecta actividad cerebral? Para qué se puede usar la técnica?

3 Física básica del MRI Los núcleos atómicos pueden tener un momento magnético no nulo (i.e. clásicamente pequeños imanes aunque la historia es cuántica) Sin campo = desordenados (efectos térmicos) Con campo magnético = alineados o antialineados con el campo (predominan alineados, menor energía) Preceden alrededor del campo (como un trompo)

4 La aplicación de un pulso electromagnético oscilante con la frecuencia de precesión excita a los núcleos y les imparte una magnetización (M) transversal (campo en RF, protones 64 Mhz para 1.5 T, 128 Mhz para 3 T) Cuando se apaga el campo E.M., el campo magnético sigue actuando: se recupera la magnetización. Durante el proceso, los núcleos devuelven la energía en forma de ondas E.M. que se detectan con bobinas recibidoras (inducción) El decaimiento de la parte transversal y longitudinal al campo externo son exponenciales con constantes de tiempo T2 y T1 respectivamente (T1 > T2), orden de magnitud: msec. Contrastes: T1 (izq), T2 (der)

5 Hasta ahora, no hay información espacial, solo de concentración y tipo de núcleos en el tejido. Información espacial se logra con gradientes en 3 direcciones (secuenciales) Para determinar un slice (por ejemplo) se emite un pulso E.M. Para resonar protones en una banda de frecuencias determinada por el gradiente espacial Análogo para otras dimensiones

6 De la física a la neurociencia Hasta aquí pueden obtenerse imagenes estructurales con distintos contrastes. Alta resolución especial, no invasivo, etc Cómo pueden obtenerse medidas de actividad cerebral con MRI?

7 Actividad neuronal requiere energía (por ejemplo, bombas de Na+/K+) Esta energía puede obtenerse mediante hidrólisis de ATP en ADP lo cual precisa oxigeno, que es suministrado por la hemoglobina Pero las propiedades magnéticas de la hemoglobina dependen de si está o no oxigenada (oxigenada: diamagnética, deoxigenada: paramagnética)

8 La deoxigenación introduce inhomogeneidades macroscópicas que afectan el decaimiento de la magnetización transversal (contraste T2*) El consumo energético se correlaciona con el procesamiento sináptico en una regiónde la corteza el cual puede determinarse tiempo a tiempo por el contraste T2* Señal BOLD (Blood Oxyen Level Dependant) Respuesta hemodinámica

9 Finalmente, la señal BOLD puede usarse para investigar el cerebro durante la ejecución de tareas y su actividad espontanea durante el reposo (próximas clases) Pero las imágenes crudas que salen del resonador no sirven como estan: preprocesado

10 Preprocesado Corrección de movimiento de cabeza Filtrado temporal Segmentación de tejido Suavizado espacial Mapeo a template

11 En las próximas clases introducimos los problemas a resolver con el preprocesado y como hacerlo utilizando la suite de herramientas FSL Desde Ubuntu/Kubuntu se instala simplemente en consola tipeando sudo apt-get install fsl Y se llega al menu central de la consola tipeando fsl

12 Algunas de las herramientas que vamos a usar en las clases siguientes... Eliminacion de craneo/hueso Segmentación de materia gris Obtención de mapas de activación Componentes Independientes Corrección de movimiento Tensor de difusión, tractografía probabilistica