Imágenes dependientes del nivel de oxigenación sanguínea

La imagen dependiente del nivel de oxigenación sanguínea , o imagen de contraste BOLD , es un método utilizado en la resonancia magnética funcional (fMRI) para observar el nivel de oxigenación sanguínea en diferentes áreas del cerebro u otros órganos que se encuentran activos en un momento dado. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Las neuronas no poseen reservas internas de energía en forma de azúcar y oxígeno , por lo que su activación requiere un aporte rápido de energía. Mediante un proceso denominado respuesta hemodinámica , la sangre libera oxígeno a las neuronas activas a un ritmo mayor que a las inactivas. Esto provoca un cambio en los niveles relativos de oxihemoglobina y desoxihemoglobina ( sangre oxigenada o desoxigenada ) que puede detectarse en función de su susceptibilidad magnética diferencial .

En 1990, tres artículos publicados por Seiji Ogawa y sus colegas demostraron que la hemoglobina tiene propiedades magnéticas diferentes en sus formas oxigenada y desoxigenada (la hemoglobina desoxigenada es paramagnética y la oxigenada es diamagnética ), ambas detectables mediante resonancia magnética (RM ). ^{[ 3 ]} Esto genera una variación en la señal magnética que puede detectarse con un escáner de RM. Ante numerosas repeticiones de un pensamiento, acción o experiencia, se pueden utilizar métodos estadísticos para determinar las áreas del cerebro que presentan de forma más fiable esta diferencia, y, por lo tanto, qué áreas del cerebro son más activas durante dicho pensamiento, acción o experiencia.

Aunque la mayoría de las investigaciones de fMRI utilizan imágenes de contraste BOLD como método para determinar qué partes del cerebro son más activas, debido a que las señales son relativas y no cuantitativas individualmente, algunos cuestionan su rigor. Se han intentado otros métodos que proponen medir la actividad neuronal directamente (por ejemplo, la medición de la fracción de extracción de oxígeno, u OEF, en regiones del cerebro, que mide cuánta oxihemoglobina en la sangre se ha convertido en desoxihemoglobina ^{[ 4 ]} ), pero debido a que los campos electromagnéticos creados por una neurona activa o en disparo son tan débiles, la relación señal-ruido es extremadamente baja y los métodos estadísticos utilizados para extraer datos cuantitativos han sido en gran medida infructuosos hasta ahora.

El típico descarte de las señales de baja frecuencia en la imagen de contraste BOLD se puso en tela de juicio en 1995, cuando se observó que el "ruido" en el área del cerebro que controla el movimiento de la mano derecha fluctuaba al unísono con una actividad similar en el área del lado opuesto del cerebro asociada con el movimiento de la mano izquierda. ^{[ 1 ]} La imagen de contraste BOLD solo es sensible a las diferencias entre dos estados cerebrales, ^{[ 5 ]} por lo que se necesitaba un nuevo método para analizar estas fluctuaciones correlacionadas llamado fMRI en estado de reposo .

La prueba de concepto de la imagen de contraste BOLD fue proporcionada por Seiji Ogawa y sus colegas en 1990, tras un experimento que demostró que un cambio in vivo en la oxigenación sanguínea podía detectarse mediante resonancia magnética (RM). ^{[ 6 ]} En los experimentos de Ogawa, se obtuvo imagen dependiente del nivel de oxigenación sanguínea del contraste de cortes cerebrales de roedores en diferentes componentes del aire. A altos campos magnéticos, se midieron imágenes de resonancia magnética de protones de agua de cerebros de ratones y ratas vivos anestesiados mediante una secuencia de pulsos de eco de gradiente. Los experimentos mostraron que cuando el contenido de oxígeno en el gas respiratorio cambiaba gradualmente, el contraste de estas imágenes también cambiaba gradualmente. Ogawa propuso y demostró que la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina son las principales responsables de esta diferencia. ^{[ 7 ]}

Otros pioneros notables de la fMRI BOLD incluyen a Kenneth Kwong y sus colegas, quienes utilizaron por primera vez la técnica en participantes humanos en 1992. ^{[ 8 ]}

• Amplitud de las fluctuaciones de baja frecuencia
• secuencias de resonancia magnética