Imágenes de resonancia magnética funcional relacionadas con eventos

La resonancia magnética funcional relacionada con eventos ( efMRI , por sus siglas en inglés) es una técnica utilizada en la resonancia magnética de pacientes médicos.

La EfMRI se utiliza para detectar cambios en la respuesta hemodinámica BOLD ( dependiente del nivel de oxígeno en sangre ) a la actividad neuronal en respuesta a ciertos eventos. ^{[ 1 ]}

Dentro de la metodología de resonancia magnética funcional (fMRI) , existen dos métodos principales para presentar estímulos. Un método es el diseño de bloques, en el que se alternan dos o más condiciones diferentes para determinar las diferencias entre ellas, o bien se puede incluir un control entre las presentaciones. Por el contrario, los diseños de eventos no se presentan en una secuencia fija; la presentación es aleatoria y el tiempo entre estímulos puede variar.

La efMRI intenta modelar el cambio en la señal de fMRI en respuesta a eventos neuronales asociados con ensayos conductuales. Según D'Esposito, "la fMRI relacionada con eventos tiene el potencial de abordar varias cuestiones de psicología cognitiva con un grado de poder inferencial y estadístico que no estaba disponible anteriormente". ^{[ 2 ]}

Cada ensayo puede constar de un evento controlado experimentalmente (como la presentación de una palabra o imagen) o de un evento mediado por el participante (como una respuesta motora). Dentro de cada ensayo, se producen varios eventos, como la presentación de un estímulo , un período de demora y una respuesta. Si el experimento está bien configurado y los diferentes eventos se sincronizan correctamente, la resonancia magnética funcional (RMf) permite observar las diferencias en la actividad neuronal asociadas a cada evento.

La tomografía por emisión de positrones (PET) era la técnica de mapeo cerebral más utilizada antes del desarrollo de la resonancia magnética funcional (RMf). Presenta varias ventajas en comparación con la PET. Según D'Esposito, entre ellas se incluye que la RMf "no requiere la inyección de radioisótopos en los participantes y, por lo demás, es no invasiva, tiene mejor resolución espacial y mejor resolución temporal". ^{[ 2 ]}

Los primeros estudios de RM emplearon el uso de " trazadores paramagnéticos exógenos para mapear cambios en el volumen sanguíneo cerebral ", ^{[ 3 ] [ 4 ]} lo que permitió evaluar la actividad cerebral durante varios minutos. Esto cambió con dos avances en la RM : la rapidez de las técnicas de RM aumentó a 1,5 tesla a finales de la década de 1980, lo que proporcionó una imagen 2D. Luego, Detre, Koretsky y sus colegas descubrieron mecanismos de contraste endógenos basados ​​en la magnetización longitudinal neta dentro de un órgano, y un "segundo basado en cambios en la susceptibilidad magnética inducidos por cambios en el contenido neto de desoxihemoglobina del tejido ", ^{[ 3 ]} que Siege Ogawa denominó contraste BOLD.

Estos descubrimientos sirvieron de inspiración para futuros avances en el mapeo cerebral. Esto permitió a los investigadores desarrollar tipos de experimentos más complejos, que iban más allá de la simple observación de los efectos de ensayos individuales. Cuando se desarrolló la resonancia magnética funcional (RMf), una de sus principales limitaciones era la imposibilidad de aleatorizar los ensayos, pero la RMf relacionada con eventos solucionó este problema. ^{[ 2 ]} La sustracción cognitiva también fue un problema, ya que intentaba correlacionar las diferencias cognitivo-conductuales entre tareas con la actividad cerebral emparejando dos tareas que se suponía que coincidían perfectamente en todos los procesos sensoriales, motores y cognitivos, excepto en el de interés. ^{[ 2 ]}

A continuación, el impulso por mejorar la resolución temporal de los estudios de resonancia magnética funcional (RMf) condujo al desarrollo de diseños relacionados con eventos, que, según Peterson, se heredaron de la investigación de potenciales evocados (ERP) en electrofisiología . Sin embargo, se descubrió que este promedio no se ajustaba bien a la respuesta hemodinámica, ya que las respuestas de los ensayos podían superponerse. En consecuencia, se aplicó una variación aleatoria de los eventos, lo que significaba que la repetición temporal se variaba y aleatorizaba para los ensayos con el fin de garantizar que las señales de activación no se superpusieran.

Para funcionar, las neuronas requieren energía, la cual es suministrada por el flujo sanguíneo. Si bien no se comprende completamente, la respuesta hemodinámica se ha correlacionado con la actividad neuronal; es decir, a medida que aumenta el nivel de actividad, aumenta la cantidad de sangre utilizada por las neuronas. Esta respuesta tarda varios segundos en desarrollarse por completo. Por consiguiente, la resonancia magnética funcional (RMf) tiene una resolución temporal limitada .

La respuesta hemodinámica es la base del contraste BOLD (dependiente del nivel de oxígeno en sangre) en la resonancia magnética funcional (RMf). ^{[ 5 ]} La respuesta hemodinámica se produce segundos después de la presentación de los estímulos, pero es esencial espaciar los eventos para asegurar que la respuesta medida corresponda al evento presentado y no a uno anterior. Presentar los estímulos en una secuencia más rápida permite a los experimentadores realizar más ensayos y recopilar más datos, pero esto se ve limitado por la lentitud de la respuesta hemodinámica, que generalmente debe volver a la línea de base antes de la presentación de otro estímulo.

Según Burock, "a medida que aumenta la tasa de presentación en el diseño de eventos aleatorios relacionados, la varianza en la señal aumenta, incrementando así la información transitoria y la capacidad de estimar la respuesta hemodinámica subyacente". ^{[ 3 ]}

En una resonancia magnética funcional (RMf) típica, después de cada ensayo se permite que la respuesta hemodinámica vuelva a su estado basal. En la RMf relacionada con eventos rápidos, los ensayos se aleatorizan y la respuesta hemodinámica se deconvoluciona posteriormente. Para que esto sea posible, se deben utilizar todas las combinaciones posibles de secuencias de ensayos y variar los intervalos entre ensayos para que el tiempo entre ellos no sea siempre el mismo.

1. La capacidad de aleatorizar y mezclar diferentes tipos de eventos, lo que garantiza que un evento no se vea influenciado por otros ni afectado por el estado cognitivo de un individuo, no permite predecir los eventos.
2. Los eventos pueden organizarse en categorías después del experimento en función del comportamiento de los sujetos.
3. La ocurrencia de eventos puede ser definida por el sujeto.
4. En ocasiones, el diseño de eventos bloqueados no se puede aplicar a un evento.
5. Tratar los estímulos, incluso cuando están bloqueados, como eventos separados puede dar como resultado un modelo más preciso.
6. Los eventos raros se pueden medir. ^{[ 1 ]}

Chee argumenta que los diseños relacionados con eventos proporcionan una serie de ventajas en tareas relacionadas con el lenguaje, incluyendo la capacidad de separar respuestas correctas e incorrectas y mostrar variaciones dependientes de la tarea en los perfiles de respuesta temporal. ^{[ 6 ]}

1. Diseño y análisis más complejos.
2. Es necesario aumentar el número de ensayos porque la señal de RM es débil.
3. Algunos eventos es mejor bloquearlos.
4. Problemas de sincronización: muestreo (solución: variación aleatoria del tiempo de presentación de los estímulos, lo que permite calcular una respuesta hemodinámica media al final).
5. Los diseños bloqueados tienen mayor potencia estadística . ^{[ 6 ]}
6. Es más fácil identificar artefactos que surgen de fluctuaciones de señales no fisiológicas. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

En los datos de resonancia magnética funcional (fMRI), se asume una relación lineal entre la estimulación neuronal y la respuesta BOLD. El uso de modelos lineales generalizados (GLM) permite desarrollar una media que represente la respuesta hemodinámica promedio de los participantes.

El mapeo paramétrico estadístico se utiliza para producir una matriz de diseño , que incluye todas las diferentes formas de respuesta producidas durante el evento. Para obtener más información al respecto, consulte Friston (1997). ^{[ 7 ]}

• Activación visual y reconocimiento de objetos
• Examinar las diferencias entre las partes de una tarea
• Cambios a lo largo del tiempo
• Investigación sobre la memoria: memoria de trabajo mediante sustracción cognitiva.
• Engaño: la verdad frente a la mentira
• Percepción facial
• Aprendizaje por imitación
• Inhibición
• Respuestas específicas al estímulo

• Buckner, M., Burock, M., Dale, A., Rosen, B., Woldorff, M. Los diseños experimentales aleatorios relacionados con eventos permiten tasas de presentación extremadamente rápidas utilizando resonancia magnética funcional. (1998) NeuroReport. 19. 3735–3739.
• Buckner, R. fMRI relacionada con eventos y la respuesta hemodinámica. (1998). Cartografía del cerebro humano. 6. 373–377.
• Buckner, R., Dale, A., Rosen, B. Resonancia magnética funcional relacionada con eventos: pasado, presente y futuro. (1998). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95. 773–780.
• Chee, M. Siong, S., Venkatraman, V., Westphal, C. Comparación de diseños de fMRI de bloques y relacionados con eventos en la evaluación del efecto de frecuencia de palabras. (2003). Human Brain Mapping. 18 . 186–193.
• Dale, A., Friston, K., Henson, R., Josephs, O., Zarahn, E. Diseños estocásticos en fMRI relacionada con eventos. (1999). NeuroImage. 10. 607-6-19.
• D'Esposito, M., Zarahn, E., & Aguirre, GK (1999). Resonancia magnética funcional relacionada con eventos: Implicaciones para la psicología cognitiva. Psychological Bulletin, 125(1) . 155–164.
• Dubis, J. Petersen, S. El diseño de bloques/eventos relacionados de Mized. (2011). NeuroImage. doi 10.1016/j.neuroimage.2011.09.084.
• Friston, K., Josephs, O., Turner, R. fMRI relacionada con eventos. (1997). Cartografía del cerebro humano. 5. 243–248.
• Henson, R. fMRI relacionada con eventos: Introducción, modelado estadístico, optimización del diseño y ejemplos. University College London. Ponencia que se presentará en el 5.º Congreso de la Sociedad Japonesa de Neurociencia Cognitiva .