Neuroscienze - Metodi di indagine funzionali, strutturali, elettroencefalografia e stimolazione transcranica magnetica

Indice - METODI DI INDAGINE

METODI FUNZIONALI

- risonanza magnetica funzionale

- PET

ELETTROENCEFALOGRAFIA

- Elettroencefalografia EEG

- Magnetoencefalografia MEG

METODI STRUTTURALI

- radiografia convenzionale

- TAC

- Risonanza magnetica

- Lesion mapping methods

- Voxel based morphometry

- Diffusion tensor imaging

STIMOLAZIONE TRANSCRANICA MAGNETICA

Functional imaging

R ISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE

E’ ’

UNA TECNICA DI IMAGING BIOMEDICO CHE CONSISTE NELL USO

’

DELL IMAGING A RISONANZA MAGNETICA PER VALUTARE LA FUNZIONALITÀ DI UN

.

ORGANO

(tecnica di generazione di immagini usate L’aggettivo “nucleare” si riferisce al

à

prevalentemente a fini diagnostici, basata sul fatto che il segnale di densità in RM

principio della risonanza magnetica nucleare) è dato dal nucleo atomico

dell’elemento esaminato, mentre in

altre tecniche radiologiche è

determinato dalle caratteristiche

degli orbitali atomici colpiti dai

raggi x.

Da molti anni è noto che le variazioni nel flusso sanguigno cerebrale e dell’ossigenazione

del tessuto nervoso (EMODINAMICA) sono strettamente correlate con l’attività

neurale: nelle regioni dove si verifica maggiore attività neurale aumenta il flusso e la

concentrazione di ossiemoglobina. capace di acquistare una

Il Fe dell’ossiemoglobina è diamagneticoà

• magnetizzazione indotta, in verso

opposto al campo magnetizzante.

assume una magnetizzazione nello

Il Fe della deossiemoglobina è paramagneticoà

• stesso verso del campo

magnetizzante.

Perciò il segnale di risonanza dato dal sangue varia a seconda del grado di

ossigenazione.

Questi segnali possono essere rilevati usando un’appropriata sequenza di impulsi RMN,

come il contrasto BLOOD OXYGENATION LEVEL DEPENDENT (BOLD).

Aumento dell’attività neurale

Aumento del metabolismo locale e quindi del flusso ematico necessario per apportare

sostanze nutritive ai tessuti

Poiché l’incremento del flusso eccede la capacità del tessuto di consumare ossigeno,

- Aumenta ossiemoglobina

- Diminuisce deossiemoglobina

Questo causa un aumento del segnale BOLD (dopo circa 2 secondi dall’aumento

dell’attività neurale, e raggiunge il picco a 10 secondi)

BOLD ed elettrofisiologia

Utilizzo combinato di fMRI e EEG per avere maggiori informazioni a livello temporale:

La correlazione fra attività sinaptica e segnale BOLD è maggiore di quanto non si

Ø abbia per le scariche di pda.

Il segnale BOLD è quindi un indice di attività sinaptica più realistico di quanto sia

Ø la produzione di pda.

1. si osserva una stretta correlazione tra segnale BOLD e LFP (local field

potentials) ovvero potenziali che riflettono delle attività dendritiche di

grande popolazioni neurali.

2. La multi-unit activity (MUA) ( pot. d’az. extracellulare di grande pop

neuroni) e la spike density function (SDF) (pot. d’az. extracellulare di

una o più single unità) mostrano, al contrario dei LFP, un forte

adattamento rispondono subito poi tendono a ridurre la risposta

à

diversamente da LFP che rimangono elevati durante tutta la durata

dello stimolo come BOLD

LFP hanno maggiore correlazione con flusso sanguigno e rispondono ai pda che sono

più direttamente in relazione con le comunicazioni neurali.

Il segnale BOLD è generato sia da variazioni nel flusso di:

grandi vasi basta uno scanner di 1,5 T per ottenere il 70% del segnale BOLD di

§ à

grandi vasi

sia nei vasi più piccoli serve uno scanner di 3,5 o 4 tesla per ottenere il 70% dei s.

§ à

BOLD

Tecnica

Il soggetto è sdraiato con la testa nel magnete e svolge un compito.

1. FASE Viene acquisita una serie di immagini strutturali del cervello ad alta

ANATOMICA risoluzione (volumetria) 1 x 1 x 5 mm di voxel (unità di volume)

2. FASE Vengono acquisite immagini a minore risoluzione: 3.4x3.4x5mm

FUNZIONALE in base ad un cervello di riferimento per eliminare le diversità

individuali.

3. NORMALIZ-

ZAZIONE Poi può essere utile riportare delle localizzazioni attraverso 3 valori

di x, y, z (coordinate stereotassiche) che indicano la distanza dalla

commessura anteriore.

Metodo sottrattivo Si sovrappongono l’immagine anatomica e

à

4. ANALISI quella funzionale, acquisite in due diverse condizioni. Dalla

STATISTICA sottrazione si evidenzia quale regione si è attivata nel fare il

compito di interesse.

Vantaggi e svantaggi

Vantaggi:

1. non invasivo, senza radiazioni ionizzanti

2. risoluzione spaziale 3-6 mm (molto buona)

Svantaggi:

1. risponde in tempi nell’ordine di secondi perché il flusso ha bisogno di

tempo

2. misura indirettamente l’attività neurale e quindi è suscettibile a movimenti

del capo o battiti cardiaci

3. misura le variazioni locali nel cervello mentre molte volte l’attività del

circuito è più vasto.

4. alto costo

T OMOGRAFIA AD EMISSIONE DI POSITRONI

(PET)

E’ “ ”

UNA TECNICA DI MEDICINA NUCLEARE CHE PERMETTE DI FOTOGRAFARE IL

,

METABOLISMO DELLE AREE CEREBRALI MONITORANDO LE PIÙ ATTIVE DURANTE LO

. ( ).

SVOLGIMENTO DI UN DETERMINATO COMPITO MOLTO USATO IN CLINICA

Tecnica

Si somministra (iniezione) un radio farmaco formato