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Risonanza magnetica funzionale fMRI. Il metodo fMRI si basa sulla possibilità di utilizzare la risonanza magnetica non solo per studiare la struttura anatomica del cervello, ma anche per valutare la circolazione sanguigna, i cambiamenti in cui... ... Wikipedia

Mostra la quantità di sangue che raggiunge le diverse parti del cervello.

I pazienti in coma reagiscono al mondo che li circonda.

All'Hadassah Medical Center di Gerusalemme, la dottoressa Neta Levin, primario del dipartimento di neurologia, ha fatto un'osservazione importante. Come ha scoperto il dottor Levine, alcune persone in coma rispondono alla voce delle persone e riescono a riconoscere il proprio nome. Questa scoperta è stata fatta utilizzando un dispositivo

risonanza magnetica

, (

FMRI

).

risonanza magnetica

(

risonanza magnetica funzionale

), a differenza del solito

risonanza magnetica

(risonanza magnetica), consente di ottenere un quadro dinamico dell'attività cerebrale. Questo è un tipo di video che mostra l'attività cerebrale durante l'esecuzione di un'attività. Questo metodo consente di creare una sorta di mappa delle aree cerebrali responsabili di azioni specifiche, come movimento, vista, udito, parola e così via. Ad Hadas

risonanza magnetica

utilizzato, di regola, per l'analisi preoperatoria. I neurochirurghi utilizzano i risultati

risonanza magnetica

per determinare il funzionamento di diverse regioni del cervello. Informazioni ricevute tramite

risonanza magnetica

, viene trasmesso direttamente in sala operatoria e aiuta i chirurghi a evitare danni ad alcune aree del cervello. Il dottor Levine lo usava

risonanza magnetica

per valutare lo stato dell'attività cerebrale dei pazienti in coma. Pertanto, è diventato possibile condurre uno studio non invasivo del cervello, monitorando l'attività neurale, anche quando i pazienti sembravano avere una completa assenza di reazioni. Il dottor Levine ha confrontato l'attività cerebrale di persone sane e di un gruppo di pazienti in coma. Ha studiato le loro risposte cerebrali a vari stimoli: ai suoni e al silenzio, al suono di parole diverse, al suono del proprio nome, nonché la capacità di distinguere tra voci familiari e non familiari. Come ha spiegato il dottor Levine,

risonanza magnetica

mostra la quantità di sangue che raggiunge le diverse aree del cervello. Lei ritiene che un gran numero di reazioni agli stimoli indichi una maggiore probabilità che il paziente esca dal coma. Tuttavia, si avverte anche che la mancanza di attività al momento della diagnosi non indica una mancanza di attività complessiva, poiché l’attività cerebrale delle persone in coma può cambiare, proprio come nelle persone sane. Nella sua ricerca, la dottoressa Levine ha scoperto l'attività cerebrale in un certo numero di persone in coma. Così uno dei pazienti, un giovane sulla trentina, riusciva a distinguere le voci e reagiva in modo diverso al suo nome e ad altri nomi. Inoltre, quando è stato chiesto di immaginare diverse azioni, ognuna delle quali colpisce una parte specifica del cervello, il paziente ha affrontato questo compito, nonostante fosse in coma. Pertanto, al paziente è stato chiesto di immaginare di giocare a tennis, che influenza l'attività dell'area “motoria” del cervello, di cantare, che influenza l'attività dell'area uditiva del cervello, di camminare lungo il percorso di casa, ecc. . È stata osservata l'attività cerebrale prevista, indicando che il paziente in coma comprendeva il linguaggio ed era in grado di seguire le istruzioni.

Basato su materiali dell'Hadasah Medical Center

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Parole chiave: MRI, risonanza magnetica, fMRI, fmri

YEREVAN, 13 ottobre. Notizie-Armenia. Se alle persone viene data l'opportunità di osservare in tempo reale ciò che sta accadendo nel loro cervello, impareranno rapidamente ad alleviare il dolore, migliorare il loro umore e padroneggiare capacità mentali senza precedenti. L’accesso a questo metodo può trasformare il mondo.

Come funziona

Caricamento notizie in corso..."Levo"

Secondo la BBC, ognuno di noi ha il proprio modo di affrontare sentimenti ed emozioni negative. Alcune persone si concentrano sulla respirazione per calmare i nervi. Alcune persone usano la meditazione per sbarazzarsi del mal di denti. Qualcuno, per scacciare il cattivo umore, cerca di trasportarsi mentalmente in quei luoghi dove un tempo si sentiva particolarmente bene...

Tutti questi metodi funzionano in un modo o nell'altro, anche se con diversi gradi di successo. Ora immagina di vedere tutto ciò che accade nella tua testa, nel tuo cervello, quando provi dolore, ansia, malinconia, paura o piacere. E puoi guardarlo in tempo reale! Impari a controllare la tua mente, più o meno allo stesso modo in cui un bodybuilder allena i singoli gruppi muscolari

All'improvviso ti diventa chiaro che le tue emozioni non sono un segreto. Puoi monitorare come funzionano quei piccoli trucchi psicologici, con l'aiuto dei quali disperdi la malinconia, puoi scegliere le tecniche più efficaci e controllarne il lavoro in tempo reale.

fMRI in tempo reale

Probabilmente hai già capito l'idea principale alla base della nuova tecnica, che si chiama "fMRI in tempo reale" (fMRI - risonanza magnetica funzionale).

Impariamo a controllare emozioni, sentimenti e desideri ricevendo una risposta visiva sullo schermo alle nostre azioni, a come applichiamo esattamente tecniche e trucchi psicologici. Alla fine, diventa semplice quasi quanto abbassare il volume dello stereo.

Questo ci apre la strada a un futuro in cui, con l’aiuto della “fMRI in tempo reale”, potremo allenare le nostre capacità mentali a un livello senza precedenti.
Concentrandosi sul controllo della fiamma virtuale, le persone sono in grado di ridurre il dolore che provano.

Questo metodo è stato dimostrato per la prima volta nel 2005 durante uno studio in cui le persone venivano addestrate a controllare il dolore.

Otto volontari sono stati inseriti in uno scanner MRI e sulla loro pelle è stata creata una sensazione simile a un bruciore. In questo momento, è stata mostrata loro una fiamma sul monitor, che rappresentava un processo nell'area del cervello responsabile delle reazioni dolorose.

Utilizzando varie tecniche cognitive, i partecipanti all'esperimento hanno imparato rapidamente a controllare la dimensione della fiamma, cosa che li ha aiutati a regolare il grado di stimolazione elettrica della zona dolorante sulla loro pelle.

Sorprendentemente, in soli 13 minuti dell'esperimento, i partecipanti hanno acquisito la capacità di modificare facilmente la dimensione della fiamma e, di conseguenza, sono stati in grado di ridurre il dolore di oltre il 50%.

Le capacità acquisite durante la formazione vengono mantenute dopo 11 mesi, il che conferma l'effetto duraturo della formazione.

Da allora, il numero di studi simili che utilizzano la fMRI in tempo reale è cresciuto in modo esponenziale. Quasi ogni mese vengono segnalati sempre più nuovi metodi di applicazione clinica e sperimentale.

La scienza non si ferma

Caricamento notizie in corso..."Giusto"

Ai soggetti di ricerca viene ora offerta l'opportunità di valutare ciò che accade nel loro cervello non solo con l'aiuto di immagini, ma anche di suoni e persino di temperatura (attraverso occhiali per realtà virtuale). Il metodo ha già ricevuto un altro nome: neurofeedback.

Uno studio del 2017 pubblicato sulla rivista Appetite ha dimostrato come la fMRI in tempo reale potrebbe combattere l’obesità.

Nel corso di quattro giorni, gli uomini in sovrappeso hanno imparato a controllare le aree del cervello associate ai sentimenti di appagamento e ricompensa, allenando il loro cervello a fare scelte alimentari più sane e a mangiarne di meno.

Un altro studio di quest'anno ha scoperto che, imparando a controllare una parte specifica della corteccia prefrontale del cervello (l'area associata al comportamento dei pazienti con ADHD, disturbo da deficit di attenzione e iperattività), gli adolescenti che hanno completato la formazione potrebbero ridurre autonomamente i sintomi dell'ADHD e sviluppare la capacità concentrarsi. .

Inoltre, le capacità acquisite durante l'allenamento vengono mantenute 11 mesi dopo, il che conferma l'effetto duraturo dell'allenamento e i cambiamenti nel cervello che si sono verificati in relazione ad esso.

Uno studio del 2016 ha scoperto che gli anziani possono utilizzare questa tecnica per migliorare le proprie capacità cognitive indebolite dall’età. I giovani possono stimolare il loro cervello allo stesso modo.

Uno studio del 2015 su adulti sani ha scoperto che l’allenamento attraverso il cosiddetto neurofeedback aiuta a migliorare la capacità di concentrazione e a ridurre le distrazioni.

Altri studi recenti hanno trovato l’uso di questa tecnica nel trattamento della depressione, dell’ansia, del disturbo da stress post-traumatico nei veterani militari e persino nella dipendenza dal fumo.

Una ricerca condotta da James Sulzer dell'Università del Texas ad Austin ha dimostrato che le persone possono imparare a regolare i livelli del neurotrasmettitore dopamina, che potrebbe essere usato per trattare la malattia di Parkinson.

Un mondo enorme di nuove possibilità

Quanto sarebbe grande il potenziale di apprendimento attraverso il neurofeedback se ognuno di noi fosse in grado di controllare completamente il proprio cervello?

Nel complesso, la ricerca dimostra chiaramente che questa tecnologia ha milioni di usi. Ma quanto durerà il suo effetto e quanto è pratico? È impossibile dirlo con certezza ancora.

La fMRI in tempo reale richiede apparecchiature costose e ingombranti, che attualmente vengono utilizzate principalmente in casi urgenti e gravi. Tuttavia, come sappiamo, la tecnologia non si ferma. È del tutto possibile che molto presto appariranno scanner fMRI più economici e più piccoli.

Se anche poche sessioni da 10 minuti portano ad un risultato statisticamente significativo, cosa accadrà dopo 10mila ore di allenamento?

E poi un enorme mondo di nuove opportunità si aprirà davanti all'umanità.
Immagina un atleta che si allena senza vedere il proprio corpo e non avere idea del peso del bilanciere.

Adesso ci troviamo più o meno nella stessa posizione, non vediamo cosa succede nel nostro cervello quando soffriamo, quando abbiamo freddo, quando siamo di cattivo umore, quando siamo disperati, quando piangiamo o siamo felici. .

Quanto è grande il potenziale per l'apprendimento fMRI in tempo reale? Cosa otterremo se ognuno di noi potrà dedicare del tempo ogni giorno all'allenamento della propria coscienza - e così via per mesi e anni?

Il metodo “fMRI in tempo reale” può essere una scorciatoia per ottenere, ad esempio, ciò che i monaci tibetani trascorrono anni di duro lavoro con la mente, asciugando un asciugamano bagnato con il calore dei loro corpi nel vento gelido, o gli yogi indiani, che può bloccare completamente la sensazione di dolore nel corpo

Naturalmente, non si può ancora dire nulla con certezza, ma è del tutto possibile che stiamo parlando di raggiungere superpoteri mentali. -0-

Fornisce al ricercatore molte informazioni sulla struttura anatomica di un organo, tessuto o altro oggetto che viene visualizzato. Tuttavia, per sviluppare un quadro olistico dei processi che si verificano, non ci sono dati sufficienti sull'attività funzionale. E a questo scopo esiste la risonanza magnetica funzionale BOLD (BOLD - contrasto dipendente dal livello di ossigenazione del sangue o contrasto dipendente dal grado di saturazione di ossigeno del sangue).

BOLD fMRI è uno dei metodi più applicabili e ampiamente conosciuti per misurare l'attività cerebrale. L'attivazione determina un aumento del flusso sanguigno locale con cambiamenti nella concentrazione relativa di emoglobina ossigenata (arricchita di ossigeno) e deossigenata (povera di ossigeno) nella circolazione locale.

Fig. 1.schema reazioni cervello circolazione sanguigna V risposta SU eccitazione neuroni.

Il sangue deossigenato è paramagnetico (una sostanza che può essere magnetizzata) e farà diminuire i livelli del segnale MRI. Se c’è più sangue ossigenato nell’area del cervello, il livello del segnale MRI aumenta. Pertanto, l’ossigeno nel sangue agisce come un agente di contrasto endogeno.

Fig.2.Volume cervello Riserva di sangue (UN) E GRASSETTO-risposta risonanza magnetica (B) A Attivazione primario il motore abbaiopersona. Segnale passa V 4 fasi. 1 palcoscenico – a causa di Attivazione neuroni si alza consumoossigeno, aumenta quantità deossigenato sangue, GRASSETTO— segnale Un po diminuisce (SU graficaNon mostrato, diminuire minore). Navi si stanno espandendo, a causa di Che cosa Alcuni diminuisceRiserva di sangue cerebrale tessuti. Palcoscenico 2 – lungo termine aumento segnale. Potenziale Azioni neuronifinisce, Ma fluire ossigenato sangue aumenta inerziale, Forse a causa di impattobiochimico marcatori ipossia. Palcoscenico 3 – lungo termine declino segnale a causa di normalizzazioneRiserva di sangue. 4 palcoscenico – post-stimolo recessione – chiamato lento restauro originaleRiserva di sangue

Per attivare il lavoro dei neuroni in alcune aree della corteccia, esistono compiti di attivazione speciali. La progettazione delle attività è solitamente di due tipi: "a blocchi" e "relativa agli eventi". Ogni tipo presuppone la presenza di due fasi alternate: uno stato attivo e uno stato di riposo. Nella fMRI clinica, vengono utilizzati più spesso compiti del tipo “a blocchi”. Durante l'esecuzione di tali esercizi, il soggetto alterna i cosiddetti periodi ON (stato attivo) e OFF (stato di riposo) di durata uguale o diversa. Ad esempio, quando si identifica l'area della corteccia responsabile dei movimenti della mano, i compiti consistono nell'alternare movimenti delle dita e periodi di inattività, della durata media di circa 20 secondi. I passaggi vengono ripetuti più volte per aumentare la precisione del risultato fMRI. Nel caso di un compito correlato ad un evento, il soggetto esegue un'azione breve (ad esempio deglutire o stringere un pugno), seguita da un periodo di riposo, mentre le azioni, contrariamente alla struttura a blocchi, si alternano in modo non uniforme e incoerente.

In pratica, la BOLD fMRI viene utilizzata nella pianificazione preoperatoria della resezione (rimozione) di tumori, nella diagnosi di malformazioni vascolari e durante gli interventi chirurgici per forme gravi di epilessia e altre lesioni cerebrali. Durante l'intervento chirurgico al cervello, è importante rimuovere la lesione nel modo più accurato possibile, evitando allo stesso tempo danni inutili alle aree adiacenti funzionalmente importanti del cervello.

Fig.3.

UN – tridimensionale risonanza magnetica— Immagine Testa cervello. Freccia indicato posizione il motore abbaio Vprecentrale giro.

B – carta geografica risonanza magnetica—attività cervello V precentrale giro A movimento mano.

Il metodo è molto efficace nello studio delle malattie degenerative, come l'Alzheimer e il Parkinson, soprattutto nelle fasi iniziali. Non prevede l’uso di radiazioni ionizzanti o agenti radiopachi ed è non invasivo. Pertanto, può essere considerato abbastanza sicuro per i pazienti che necessitano di esami fMRI regolari e a lungo termine. La fMRI può essere utilizzata per studiare i meccanismi di formazione delle crisi epilettiche e consente di evitare la rimozione della corteccia funzionale nei pazienti con epilessia intrattabile del lobo frontale. Monitoraggio del recupero cerebrale dopo un ictus, studio degli effetti di farmaci o altre terapie, monitoraggio e monitoraggio del trattamento delle malattie psichiatriche: questo non è un elenco completo delle possibili applicazioni della fMRI. Inoltre, esiste anche la fMRI a riposo, in cui la complessa elaborazione dei dati ci permette di vedere le reti cerebrali funzionanti a riposo.

Fonti:

1. Quanto bene comprendiamo le origini neurali del segnale fMRI BOLD? Owen J. Arthur, Simon Bonifacio. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 Gennaio 2002
2. La fisica della risonanza magnetica funzionale (fMRI) R. B. Buxton. Rappresentante. Progr. Fis. 76 (2013)
3. Applicazione della risonanza magnetica funzionale in clinica. Revisione scientifica. Belyaev A., Peck Kung K., Brennan N., Kholodny A. Rivista elettronica russa di radiologia. Volume 4 n. 1 2014
4. Cervello, cognizione, mente: un'introduzione alle neuroscienze cognitive. Parte 2 . B. Baars, N. Gage. M.: Binom. 2014 pp. 353-360.

Testo: Daria Prokudina

Risonanza magnetica funzionale o F-I MRI, è un metodo per studiare l'attività cerebrale. Funziona rilevando cambiamenti nell’ossigenazione e nel flusso del sangue, che si verificano in risposta all'attività nervosa, è quando le aree del cervello consumano più attivamente più ossigeno e quanto più attiva è una particolare area del cervello, maggiore è il flusso sanguigno di cui ha bisogno. RM funzionale può essere utilizzato per produrre una mappa attiva del cervello, che mostra quale parte del cervello è coinvolta in quali processi mentali.

Sviluppo della risonanza magnetica funzionale negli anni '90, solitamente attribuiti a Seiji e Ken Ogawa Kwong, sono le ultime di una lunga serie di innovazioni, tra cui Tomografia ad emissione di positroni (PET) E spettroscopia infrarossa (NIRS), che utilizzano il flusso sanguigno e lo scambio di ossigeno per catturare l'attività cerebrale. Come tecnica di imaging cerebrale, la risonanza magnetica funzionale presenta numerosi vantaggi significativi:

1. È un metodo non invasivo e non comporta radiazioni, rendendolo sicuro per il soggetto.
2. Ha un'eccellente risoluzione spaziale e temporale.
3. È facile da usare per la ricerca.

Eccezionalità risonanza magnetica funzionale lo ha reso uno strumento popolare per lavorare con immagini di normali funzioni cerebrali, soprattutto per gli psicologi. Negli ultimi dieci anni, la risonanza magnetica funzionale ha fornito nuove intuizioni sullo studio di come si formano i ricordi, il linguaggio, il dolore, l’apprendimento e le emozioni, e l’elenco potrebbe continuare. La risonanza magnetica funzionale viene utilizzata anche nella pratica clinica e in contesti commerciali.

Come funziona la risonanza magnetica funzionale?

Il tubo cilindrico del tomografo contiene un elettromagnete molto potente. Una tipica scansione ha un'intensità di campo di 3 Tesla (T), circa 50.000 volte più forte del campo magnetico terrestre. Il campo magnetico dello scanner influenza i nuclei degli atomi. Tipicamente, i nuclei atomici sono orientati in modo casuale, ma sotto l'influenza di un campo magnetico, i nuclei si allineano con la direzione del campo. Più forte è il campo, maggiore è il grado di coerenza. Quando puntati nella stessa direzione, i minuscoli segnali magnetici provenienti dai singoli nuclei si sommano in modo coerente, risultando in un segnale abbastanza grande da poter essere misurato. . Nella risonanza magnetica, è il segnale magnetico proveniente dai nuclei di idrogeno in un ambiente acquoso (H2O), può rilevarlo.

Il meccanismo d'azione della risonanza magnetica è questo che il segnale proveniente dai nuclei di idrogeno cambia di intensità a seconda del suo ambiente. Ciò fornisce la possibilità di visualizzare la materia grigia, la materia bianca e il liquido cerebrospinale come immagini strutturali del cervello.

L'ossigeno entra nei neuroni con l'aiuto dell'emoglobina dalla rete capillare. Quando l'attività neuronale aumenta, c'è una maggiore richiesta di ossigeno e questo si manifesta come una risposta locale come un aumento del flusso sanguigno nell'area in cui si verifica l'aumento dell'attività neurale.

L'emoglobina cambia il suo campo magnetico quando è satura di ossigeno e quando non lo è. Questa differenza nelle proprietà magnetiche provoca piccoli cambiamenti nel segnale MRI a seconda del grado di ossigenazione. Poiché l’ossigenazione del sangue varia a seconda del livello di attività neurale, queste differenze possono essere utilizzate per registrare l’attività cerebrale. Questa forma di risonanza magnetica è nota come ossigenazione del sangue in base al livello di saturazione di ossigeno.

MRI BOLD (chiaro) Effetto

Un altro punto è la direzione del cambiamento nell'ossigenazione con l'aumento dell'attività. Ci si potrebbe aspettare che l’ossigenazione del sangue diminuisca quando viene attivato da un campo magnetico, ma la realtà è molto più complessa. Si verifica un'immediata diminuzione dei livelli di ossigenazione del sangue immediatamente dopo l'aumento dell'attività neurale, nota come "calo iniziale" nella risposta emodinamica. Questa fase è seguita da un periodo in cui il flusso sanguigno aumenta, non solo nel sito in cui viene soddisfatto il bisogno di ossigeno, ma anche nei tessuti circostanti. Ciò significa che l’ossigenazione del sangue aumenta effettivamente la successiva attivazione neurale.

Che aspetto ha una scansione MRI?

Scansione MRI

L'immagine mostrata qui è il risultato RM funzionale semplice. Mentre una persona giace nel tomografo, viene osservata da uno schermo che si alterna a display visivi e si oscura ogni 30 secondi. Nel frattempo, il tomografo traccia il segnale in tutto il cervello. Le aree del cervello che rispondono agli stimoli vengono visualizzate mentre il segnale va su e giù e sembrano accendersi e spegnersi, anche se diventano leggermente sfocate a causa di un ritardo nella risposta del flusso sanguigno.

I ricercatori esaminano l’attività di scansione sotto forma di voxel o pixel volumetrici, la parte meno visibile a forma di scatola di un’immagine 3D. L'attività su un voxel è definita come quanto il segnale proveniente da quel voxel si avvicina al tempo previsto.