La neuroimagen funcional es el uso de tecnología de neuroimagen para medir un aspecto de la función cerebral, a menudo con el fin de comprender la relación entre la actividad en ciertas áreas del cerebro y funciones mentales específicas. Se utiliza principalmente como una herramienta de investigación en neurociencia cognitiva , la psicología cognitiva , neuropsicología y neurociencia social .
Descripción general
Los métodos comunes de neuroimagen funcional incluyen
- Tomografía por emisión de positrones (PET)
- Imagen de resonancia magnética funcional (fMRI)
- Electroencefalografía (EEG)
- Magnetoencefalografía (MEG)
- Espectroscopía funcional del infrarrojo cercano (fNIRS)
- Tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT)
- Imágenes de ultrasonido funcional (fUS)
PET, fMRI, fNIRS y fUS pueden medir cambios localizados en el flujo sanguíneo cerebral relacionados con la actividad neuronal. Estos cambios se denominan activaciones . Las regiones del cerebro que se activan cuando un sujeto realiza una tarea particular pueden desempeñar un papel en los cálculos neuronales que contribuyen al comportamiento. Por ejemplo, la activación generalizada del lóbulo occipital se observa típicamente en tareas que involucran estimulación visual (en comparación con tareas que no lo hacen). Esta parte del cerebro recibe señales de la retina y se cree que juega un papel en la percepción visual .
Otros métodos de neuroimagen implican el registro de corrientes eléctricas o campos magnéticos, por ejemplo, EEG y MEG. Los diferentes métodos tienen diferentes ventajas para la investigación; por ejemplo, MEG mide la actividad cerebral con alta resolución temporal (hasta el nivel de milisegundos), pero tiene una capacidad limitada para localizar esa actividad. La fMRI hace un trabajo mucho mejor al localizar la actividad cerebral para la resolución espacial, pero con una resolución de tiempo mucho menor [1] mientras que el ultrasonido funcional (fUS) puede alcanzar una resolución espacio-temporal interesante (hasta 100 micrómetros, 100 milisegundos, a 15 MHz modelos preclínicos), pero también está limitado por el acoplamiento neurovascular.
Recientemente, la imagen de partículas magnéticas se ha propuesto como una nueva técnica de imagen sensible que tiene suficiente resolución temporal para la neuroimagen funcional basada en el aumento del volumen sanguíneo cerebral. Los primeros ensayos preclínicos han demostrado con éxito la obtención de imágenes funcionales en roedores. [2]
Temas de neuroimagen funcional
La medida utilizada en un estudio en particular generalmente está relacionada con la pregunta particular que se aborda. Las limitaciones de medición varían entre las técnicas. Por ejemplo, MEG y EEG registran las fluctuaciones magnéticas o eléctricas que ocurren cuando una población de neuronas está activa. Estos métodos son excelentes para medir el curso temporal de los eventos neuronales (del orden de milisegundos), pero generalmente son malos para medir dónde ocurren esos eventos. La PET y la fMRI miden los cambios en la composición de la sangre cerca de un evento neural. Debido a que los cambios sanguíneos mensurables son lentos (del orden de segundos), estos métodos son mucho peores para medir el curso temporal de los eventos neuronales, pero generalmente son mejores para medir la ubicación.
Los "estudios de activación" tradicionales se centran en determinar patrones distribuidos de actividad cerebral asociados con tareas específicas. Sin embargo, los científicos pueden comprender más a fondo la función cerebral mediante el estudio de la interacción de distintas regiones del cerebro, ya que una gran parte del procesamiento neuronal se realiza mediante una red integrada de varias regiones del cerebro. Un área activa de la investigación en neuroimagen consiste en examinar la conectividad funcional de regiones cerebrales espacialmente remotas. Los análisis de conectividad funcional permiten caracterizar las interacciones neuronales interregionales durante determinadas tareas cognitivas o motoras o simplemente de la actividad espontánea durante el descanso. FMRI y PET permiten la creación de mapas de conectividad funcional de distintas distribuciones espaciales de regiones cerebrales temporalmente correlacionadas llamadas redes funcionales. Varios estudios que utilizan técnicas de neuroimagen también han establecido que las áreas visuales posteriores en personas ciegas pueden estar activas durante la realización de tareas no visuales como la lectura en Braille, la recuperación de la memoria y la localización auditiva, así como otras funciones auditivas. [3]
Un método directo para medir la conectividad funcional es observar cómo la estimulación de una parte del cerebro afectará a otras áreas. Esto se puede hacer de manera no invasiva en humanos combinando estimulación magnética transcraneal con una de las herramientas de neuroimagen como PET, fMRI o EEG. Massimini y col. ( Science , 30 de septiembre de 2005) utilizó EEG para registrar cómo se propaga la actividad desde el sitio estimulado. Informaron que en el sueño no REM , aunque el cerebro responde vigorosamente a la estimulación, la conectividad funcional se atenúa mucho desde su nivel durante la vigilia. Por lo tanto, durante el sueño profundo, "las áreas del cerebro no se comunican entre sí".
La neuroimagen funcional se basa en datos de muchas áreas distintas de la neurociencia cognitiva y la neurociencia social , incluidas otras ciencias biológicas (como la neuroanatomía y la neurofisiología ), la física y las matemáticas , para desarrollar y perfeccionar la tecnología.
Crítica e interpretación cuidadosa
Los estudios de neuroimagen funcional deben diseñarse e interpretarse con cuidado. El análisis estadístico (a menudo utilizando una técnica llamada mapeo paramétrico estadístico ) a menudo es necesario para que las diferentes fuentes de activación dentro del cerebro puedan distinguirse entre sí. Esto puede ser particularmente desafiante cuando se consideran procesos que son difíciles de conceptualizar o que no tienen una tarea fácilmente definible asociada con ellos (por ejemplo, creencia y conciencia ).
La neuroimagen funcional de fenómenos interesantes a menudo se cita en la prensa. En un caso, un grupo de destacados investigadores de neuroimagen funcional se sintió obligado a escribir una carta al New York Times en respuesta a un artículo de opinión sobre un estudio de la llamada neuropolítica . [4] Argumentaron que algunas de las interpretaciones del estudio eran "científicamente infundadas". [5]
El Centro Hastings publicó un informe en marzo de 2014 titulado "Interpretación de las neuroimágenes: una introducción a la tecnología y sus límites", [6] con artículos de destacados neurocientíficos y bioéticos . El informe explica brevemente las tecnologías de neuroimagen y en su mayoría critica, pero también defiende un poco su estado actual, importancia y perspectivas.
Ver también
- Análisis de neuroimágenes funcionales
- Etiquetado anatómico automatizado
- Modelado causal dinámico
- Electroencefalografía
- Potencial relacionado con eventos
- Biblioteca de software FMRIB
- FreeSurfer
- Integración funcional (neurobiología)
- Magnetoencefalografía
- Evento mental
- Espectroscopia de infrarrojo cercano
- Escaneo de perfusión
- Tomografía computarizada por emisión de fotón único
- Mapeo estadístico paramétrico
Referencias
- ^ Poldrack, RA; Sandak, R. (2004). "Introducción a este número especial: la neurociencia cognitiva de la lectura". Estudios científicos de la lectura . 8 (3): 199. doi : 10.1207 / s1532799xssr0803_1 .
- ^ Hierba, Konstantin; Mason, Erica; Mattingly, Eli; Mandeville, Joseph; Mandeville, Emiri; Cooley, Clarissa; Wald, Lawrence (2020). "MPI funcional (fMPI) de hipercapnia en cerebro de roedor con imágenes de series de tiempo MPI". Revista internacional de imágenes de partículas magnéticas . 6 (2/1). doi : 10.18416 / IJMPI.2020.2009009 .
- ^ Gougoux, FDR; Zatorre, RJ; Lassonde, M .; Voss, P .; Lepore, F. (2005). "Un estudio de neuroimagen funcional de la localización del sonido: la actividad de la corteza visual predice el rendimiento en individuos con ceguera temprana" . PLoS Biology . 3 (2): e27. doi : 10.1371 / journal.pbio.0030027 . PMC 544927 . PMID 15678166 .
- ^ Marco Iacoboni y col. (2007). "Este es tu cerebro en política" . En: The New York Times 11 de noviembre de 2007.
- ^ Chris Frith y col. (2007). "Política y cerebro" . En: The New York Times, 14 de noviembre de 2007.
- ^ Johnston, J. y Parens, E. (2014). "Interpretación de las neuroimágenes: una introducción a la tecnología y sus límites", Informe del Centro Hastings, volumen 44, número s2, marzo-abril de 2014 .
Otras lecturas
- Cabeza, R. y Kingstone, K. (eds.) (2006). Manual de neuroimagen funcional de la cognición . MIT Press.
- Cacioppo, JT, Tassinary, LG y Berntson, GG (2007). Manual de psicofisiología. Prensa de la Universidad de Cambridge.
- Hillary, FG y DeLuca, J. (2007). Neuroimagen funcional en poblaciones clínicas .
- Kanwisher, N. y Duncan, J. (2004). Neuroimagen funcional de la cognición visual .
- Silbersweig, D. y Stern, E. (2001). Fundamentos y práctica de neuroimagen funcional y neuropsicología .
- Thatcher, R, W. (1994). Neuroimagen funcional: Fundamentos técnicos.
enlaces externos
- Atlas del cerebro completo en Harvard
- La Sociedad Americana de Neuroimagen (ASN) .
- Programa de formación en neuroimagen de UCLA .
- BrainMapping.org, un portal gratuito de información comunitaria de BrainMapping