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fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging)

La tecnica di Risonanza Magnetica funzionale (fMRI) consiste nell'uso dell'imaging a risonanza magnetica (MRI) per valutare la funzionalità di un organo o un apparato, in maniera complementare all'imaging morfologico. Questa tecnica è in grado di visualizzare la risposta emodinamica (cambiamenti nel contenuto di ossigeno del parenchima e dei capillari) correlata all'attività neuronale del cervello. La modificazione dello stato di ossigenazione dell’emoglobina nei globuli rossi è il principio teorico dell’effetto BOLD (Blood Oxygen Level Dependent), sul quale la fMRI si basa e che viene utilizzata come mezzo di contrasto endogeno. Le caratteristiche intrinseche di questa metodica sono l’assenza di invasività (non viene somministrato mezzo di contrasto paramagnetico), l’elevata risoluzione spaziale e temporale, la facile riproducibilità e la possibilità di co-registrazione con immagini anatomiche di alta qualità. La fMRI permette di rilevare i collegamenti tra l’attivazione del cervello e i compiti che il soggetto esegue durante la scansione. L’utilità clinica e l’affidabilità di questa metodica sono state confermate da molti studi e, più recentemente, dalla validazione intraoperatoria, che ha dimostrato la precisa corrispondenza delle aree attivate ottenute mediante fMRI con i risultati della stimolazione diretta in ambito chirurgico (Stippich C. et al., 2007; Sunaert S. 2006 ).

Esecuzione dell'esame

La metodica si caratterizza per la semplicità di esecuzione. Prima della scansione vera e propria, il paziente viene istruito al compito che dovrà compiere una volta all’interno dello scanner. Gli viene chiesto di simulare il movimento da compiere (ad esempio, apertura e chiusura della mano) o il compito mentale da eseguire (ad esempio, leggere delle parole proiettate su un monitor). Un’apparecchiatura RM compatibile costituita da un monitor e occhiali montati sopra alla bobina d’acquisizione delle immagini permette al paziente di visualizzare i compiti visivi (Figura 3, a destra) da eseguire durante la scansione di fMRI. La collaborazione del soggetto è particolarmente necessaria, richiesta non solo per mantenere un’assoluta immobilità per tutta la durata dell’esame ma anche per la partecipazione attiva durante l’esecuzione dei paradigmi e dei compiti funzionali richiesti.

Fig 1

L’immagine mostra come avviene un esame fMRI. Il soggetto è comodamente sdraiato sul lettino dell’apparecchiatura MR e osserva delle immagini proiettate all’interno dello scanner, tramite degli appositi occhiali montati sulla bobina. Mentre il soggetto svolge il compito richiesto (ad es. visione d’immagini o lettura di parole) vengono contemporaneamente registrate le variazioni dell’ossigenazione sanguigna cerebrale nelle aree coinvolte dal compito. Le immagini così ottenute, vengono successivamente analizzate e rappresentate come mappe d’attivazione funzionale su base statistica.

Campi di applicazione

I campi di applicazione sono innumerevoli, volti a studiare e misurare i cambiamenti emodinamici del cervello in diverse condizioni di stimolazione (attiva o passiva) e con l’utilizzo di diversi paradigmi sperimentali (visivi, motori, cognitivi, ecc.). La fMRI viene utilizzata principalmente in ambito neurochirurgico per la pianificazione pre e post chirurgica delle strutture e delle funzioni corticali in rapporto con una lesione. In sala operatoria poi, con paziente sveglio, per il monitoraggio intraoperatorio delle aree cerebrali eloquenti e/o motorie (awake surgery) permette la programmazione della strategia chirurgica al fine di ridurre al minimo i rischi di deficit post operatorio. La fMRI viene utilizzata per studiare i diversi processi cognitivi (linguaggio, attenzione, memoria, decisione) nel normale e nel patologico, nel campo dell’epilessia ai fini di valutazione della lateralizzazione verbale pre-lobectomia, nello stroke per il monitoraggio del recupero funzionale dopo insulto ischemico cerebrale, nelle malattie degenerative (demenza di Alzheimer), nello studio neurofisiologico dei disturbi d’ansia e di panico. Le dipendenze risultano uno dei più recenti campi di applicazione, che consente la comprensione dei meccanismi che creano e sostengono questo tipo di patologia.

Bibliografia

  • Richard B. Buxton, Introduction to functional magnetic resonance imaging: Principles and techniques, Cambridge University Press, 2002.
  • Stippich C., Rapps N., Dreyhaupt J. Localizing and lateralizing language in patients with brain tumors: feasibility of routine preoperative functional MR imaging in 81 consecutive patients. Radiology 2007; 243: 828-836.
  • Sunaert S. Presurgical planning for tumors resectioning. Journal Magnetic Resonance Imaging 2006; 23: 887-905
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