Revista Chilena de Radiología. Vol. 9 Nº 2, año 2003;86-91.

RESONANCIA MAGNETICA FUNCIONAL: UNA NUEVA
HERRAMIENTA PARA EXPLORAR LA ACTIVIDAD
CEREBRAL Y OBTENER UN MAPA DE SU CORTEZA

Dra. María Rosario Rosales F.
Neuroradiólogo Instituto de Neurocirugía Dr. Asenjo

Abstract: The conventional brain MR image provides morphologic and blood flow information; with functional techniques: (_FMR) it is possible to obtain information of brain cortical activities. This revision presents a recent experience on _FMR acquired during a stay at the Children Hospital of Miami.

Key words: Brain, Cortical activity, _FMR.

Resumen: La Resonancia Magnética Funcional permite la detección e identificación de áreas del cerebro durante su actividad, este hecho la diferencia de las imágenes tradicionales de resonancia magnética que solo aportan una visión anatómica del cerebro. El objetivo de este articulo es compartir la experiencia de una reciente estadía, en el Hospital de Niños de Miami, centro de investigación en este tema.

Palabras claves: Acitividad cortical, Cerebro, RM_F.

Introducción La resonancia magnética funcional (RM_F) utiliza los principios generales que relacionan estrechamente la actividad neuronal con el metabolismo y el flujo sanguíneo^(1,2,3). Puede registrar cambios hemodinámicos cerebrales que acompañan la activación neuronal^(4,5) y permite la evaluación funcional de regiones responsables de la sensorialidad, motricidad, cognición y procesos afectivos en cerebros normales y patológicos.

La tomografía por emisión de positrones (PET)⁽⁶⁾ y la tomografía computada por emisión de fotones simples (SPECT), han sido utilizadas para el monitoreo de la función cerebral durante los últimos 15 años. Sin embargo, tienen una baja resolución espacial además de requerir trazadores radioactivos para su realización.

Transcurrieron casi dos décadas, desde que Lauterbur propusiera la obtención de imágenes estructurales de tejidos basadas en el fenómeno de resonancia magnética (RM), hasta que casi simultáneamente en 1992, grupos de la Universidad de Minnesota⁽⁷⁾ y del Medical College of Wisconsin⁽⁸⁾, mostraron un registro funcional exitoso de activación cerebral por RM en humanos, empleando técnicas no invasivas basadas en las propiedades magnéticas de la hemoglobina.

Ogawa et al.^(1,2), en experimentación con ratas habían probado que la deoxihemoglobina en la sangre podría ser usada como un medio de contraste intrínsico en imágenes obtenidas por RM, fenómeno que recibió la denominación de contraste-Bold (blood oxigenation level dependent) o dependiente del nivel de oxigenación sanguínea.

Método

La metodología de la RM_F esta basada en la substracción entre las señales emitidas en la RM obtenida en condiciones basales y las obtenidas durante la actividad neuronal (Figura 1). Para estudios funcionales se requiere un equipo de al menos 1.5 Tesla^(9,10), aun cuando se han descrito registros exitosos con 1 Tesla⁽¹¹⁾. Con campos magnéticos mayores (3 Tesla o más) se obtiene una señal de mejor calidad.

Figura 1. Estudio preoperatorio de áreas elocuentes en paciente de trece años. Imagen final obtenida con sustracción de las áreas activadas de las que permanecen en reposo, durante la estimulación, con test de generación silente de palabras, con una activación de los giros frontales inferior y medio izquierdo y parietal post central izquierdo. (Imagen cortesía Drs. B. Bernal y N. Altman, Servicio de Radiología, Hospital de Niños de Miami).

Las neuronas necesitan nutrientes para funcionar y dada su incapacidad para almacenar contenidos energéticos, el cerebro depende del flujo vascular que le entrega glucosa, oxígeno, vitaminas, aminoácidos y ácidos grasos. Así el incremento regional de la actividad neural está asociado a un incremento local del metabolismo y perfusión cerebral⁽¹⁰⁾. Basados en este principio y considerando que la deoxihemoglobina actúa como un agente de contraste endógeno e intravascular^(1,2,12), tenemos que este efecto se incrementa en relación directa con la concentración de deoxihemoglobina, que va a afectar la conducta por RM de los protones de hidrógeno contenida en las moléculas de agua, lo que genera un acortamiento de los tiempos de relajación transversal (T2 y T2), lo cual atenúa la intensidad de señal en imágenes de RM^(1,2,13).

El incremento de la actividad neuronal se traduce en dilatación de lechos capilares con el objeto de proveer mayor monto de glucosa y oxígeno al área de actividad neuronal aumentada. No obstante que exista una mayor demanda energética, el consumo de oxígeno permanece más o menos constante, con un aumento de la oferta. Por lo tanto, ocurre un aumento en el flujo sanguíneo sin un incremento de similar magnitud de la extracción de oxígeno, con reducción de la deoxihemoglobina y aumento de la oxihemoglobina en el lado venoso del lecho capilar, generando ello un aumento de la intensidad de señal por RM⁽¹⁴⁾.

La realización de este tipo de exámenes requiere un equipo multidisciplinario de profesionales de distintas áreas: un físico con conocimiento en RM, estadísticos para la evaluación de los datos, neurólogos o neuropsicólogos que diseñan los distintos Test específicos para la activación de un área cerebral dada, técnicos en resonancia entrenados en la realización de estos exámenes y neurorradiólogos que puedan interpretar las imágenes.

Es muy difícil aislar y obtener una estimulación exclusiva del área neuronal de interés, por ello la elaboración del Test o paradigma a aplicar, debe ser cuidadosa en su elaboración y diseño. Además debe considerarse un entrenamiento previo del paciente para que pueda reaccionar adecuada y rápidamente durante el examen.

Una forma de diseñar los paradigmas es hacerlo en "bloque", en este caso se realiza una aplicación repetida o seriada de un estímulo seguido de un periodo de descanso. Con lo anterior se puede realizar una sustracción entre el periodo de actividad neuronal y el de descanso o inactividad (Figura 2).

Figura 2. Gráfico que muestra el diseño de un test con períodos alternados cada 30 segundos de estimulación y reposo. Se obtuvieron en este caso un total de 80 volúmenes, en 10 niveles diferentes, a su vez en 6 diferentes localizaciones. (Imagen cortesía Drs. B. Bernal y N. Altman, Servicio de Radiología, Hospital de Niños de Miami).

El procesamiento de datos comprende varias etapas: primeros los datos son analizados para realizar una correlación temporal entre los cambios de los niveles de señal por RM y el paradigma impuesto. Después debe trazarse un umbral estadístico para distinguir las regiones inactivas del cerebro

de aquellas señales más consistentes con actividad relativa al paradigma empleado. Estos análisis son realizados revisando píxel a píxel, empleando diferentes procedimientos estadísticos como "T" de Student, método de correlación cruzadas u otros, que permiten trazar un mapa estadístico que provea la medida de localización espacial, extensión y magnitud de la actividad cerebral. Finalmente los resultados del análisis de activación son sobreimpuestos en imágenes estructurales de alta resolución espacial obtenida en el mismo tiempo de examen generalmente en secuencia T1.

Areas de interés para el estudio con RM_F

I. Area Motora: Diversos autores^(15,16,17) han trazado mapas somatotópicos de la corteza motora primaria con RM_F obteniendo una buena correlación con las áreas determinadas por Brodmann como 4 y 6 (Figura 3).

Figura 3. Paciente de 14 años de edad con convulsiones y una lesión de aspecto quístico en el hemisferio cerebral izquierdo. Se estudio la ubicación de la corteza motora previo a la cirugía. La RMF muestra con color el área de activación en la corteza del surco central izquierdo con movimientos de la mano derecha durante el examen. (Imagen cortesía Drs. B. Bernal y N. Altman, Servicio de Radiología, Hospital de Niños de Miami).

Para la estimulación del área motora se debe considerar la gran representación de la mano en la circunvolución precentral. Movimientos simples de la mano producen activación de la corteza motora primaria, movimientos más complejos como tocar secuencialmente los dedos de la mano con el pulgar producen activación de la corteza motora primaria y la corteza motora suplementaria^(10,18).

La corteza motora suplementaria puede ser activada con movimientos imaginados de los dedos, mientras que la corteza motora primaria se conserva inactiva, sugiriendo un rol ejecutivo supramotor para la corteza motora suplementaria⁽¹⁵⁾.

También se han descrito áreas de activación motora en la corteza fronto-mesial⁽¹⁹⁾. Se han realizado estudios que muestran que mientras la corteza motora derecha era activada en diestros y zurdos fundamentalmente con movimientos dactilares contralaterales, en los individuos diestros esto también podría activarse por movimientos dactilares ipsilaterales, lo que podría tener implicaciones en recuperación de accidentes vasculares encefálicos.

II. Lenguaje Expresivo: Las áreas correspondientes al lenguaje expresivo (áreas de Broca), pueden ser activadas pidiéndole al paciente que genere palabras, ya sea que las piense o las pronuncie (Figura 4).

Figura 4. Mujer de 25 años diestra , a la que se le aplicó un test de generación de palabras. Se observó activación dominante en el hemisferio izquierdo. Las áreas que mostraron activación fueron: áreas de Broca, porción posterior de los giros temporal medio e inferior izquierdos, área parietal izquierda y premotora. Se observó también leve activación en el aspecto inferior de los lóbulos occipitales. (Imagen cortesía Drs. B. Bernal y N. Altman, Servicio de Radiología, Hospital de Niños de Miami).

Se ha encontrado mayor grado de activación de esta área cuando el paciente genera verbos o rimas que cuando produce palabras simples⁽²⁰⁾. También con paradigma de generación de palabras se ha detectado en las mujeres activación bilateral de las áreas de lenguaje, mientras en los hombres la activación es predominantemente en el hemisferio dominante⁽²¹⁾.

Se ha descrito que ante paradigmas de generación de palabras, además del área de Broca, también se activan ciertas áreas de la corteza temporal, corteza visual primaria y secundaria, lo que parece sugerir que en el proceso de generación de palabras intervienen también áreas de memoria y visuales.

III. Lenguaje comprensivo: En este tipo de Test se puede hacer escuchar al paciente textos narrativos. Para esto se debe contar con un sistema adecuado de audífonos que permitan disminuir el ruido inherente al equipo y permitir que el paciente escuche las instrucciones y el texto deseado. La activación se observa en este caso en forma bilateral en la circunvolución temporal superior (Brodmann 22)(Figura 5).

Figura 5. Hombre de 32 años , diestro al que se le aplicó un test en el cual debió escuchar una historia pregrabada. Se obtuvo activación dominante a izquierda de área de Broca, área de Wernicke, giro supramarginal izquierdo, área motora y premotora. También el área de corteza auditiva se activó mayormente a izquierda. (Imagen cortesía Drs. B. Bernal y N. Altman, Servicio de Radiología, Hospital de Niños de Miami).

IV. Areas Visuales: La estimulación visual se realiza directamente con la presentación de imágenes. Estas al ser oscilantes van a provocar una activación mayor a lo largo de la cisura calcarina. Cuando el estimulo es un objeto en movimiento que se debe seguir visualmente, Barton et al⁽²²⁾ demostraron una mayor extensión de la activación cortical, o sea además de la corteza visual primaria y secundaria, había activación a nivel lateral temporo-occipital (Figura 6).

Figura 6. Cortes coronales de encéfalo de un niño de 2 años de edad, que recibió estimulación lumínica durante 3 minutos. Las imágenes funcionales muestran la activación de las cortezas visuales en colores rojo y amarillo. (Imagen cortesía Drs. B. Bernal y N. Altman, Servicio de Radiología, Hospital de Niños de Miami).

Le Bihan⁽²³⁾, observó activación de la corteza visual pidiéndole al paciente que solo imaginara patrones visuales.

V. Memoria: Se ha realizado una gran cantidad de trabajos para la investigación de algunos tipos de memoria, como la memoria de trabajo, observándose en este caso activación de las porciones ventrales y frontales de la corteza prefrontal lateral^(24,25).

Callicott et al⁽²⁶⁾, han encontrado activación de áreas adicionales en este tipo de memoria como: corteza premotora, porción superior del lóbulo parietal y tálamo que sugieren la existencia de redes aún más complejas.

Se ha estudiado también el proceso de memoria remota, para ello se ha investigado la función de reconocimiento facial donde participarían la corteza temporal y occipito-temporal⁽²⁷⁾.

VI. Afectos: Se ha estudiado la respuesta ante estimulo visuales que son capaces de generar emociones placenteras o desagradables. Teasdale et al⁽²⁸⁾, observaron que las emociones positivas activaban bilateralmente la ínsula, la circunvolución frontal inferior derecha, el splenium y precuneus. En cambio las emociones negativas activaban bilateralmente la circunvolución medial frontal, la circunvolución del cíngulo en su porción anterior, la circunvolución precentral derecha y el núcleo caudado izquierdo.

Otros estudios realizados por Baird et al⁽²⁹⁾, en adolescentes y niños a los cuales se les mostraban fotografías de caras que expresaban miedo se observó activación de la amígdala lo que sugiere la relación de esta área con los procesos ligados al temor.

RM_F como herramienta de planificación neuroquirúrgica

El rol de la RM_F en el plan neuroquirúrgico es un aspecto importante de esta técnica. Para decidir la extensión de la resección quirúrgica a nivel cerebral se deben tomar en cuenta dos factores: la extensión del tejido anormal y la función del tejido vecino. La extensión del tejido anormal se puede determinar con RM convencional y la función del tejido adyacente con RM_F teniendo ésta un rol determinante (Figura 7).

Figura 7. Paciente de 9 años de edad con un tumor en región silviana izquierda, sin déficit de lenguaje. Se practicó test verbal que consistió en pensar en acciones relacionadas con distintos sustantivos. Se observó dominancia cerebral izquierda con clara activación de área de Broca en el giro frontal inferior izquierdo. La activación que se visualiza en cerebelo se ha descrito asociada a test de lenguaje expresivo. (Imagen cortesía Drs. B. Bernal y N. Altman, Servicio de Radiología, Hospital de Niños de Miami).

Considerando las cirugías con relación a epilepsia, estas van a demandar un grado mayor de conocimiento del mapa funcional del cerebro. En el caso de hemiferectomia es necesario conocer la lateralización del lenguaje. La lobectomía o lesionotomía requiere de un mapeo más fino capaz de localizar las funciones críticas que podrían sufrir daños, como el lenguaje o el área motora. Para esto las imágenes funcionales se superponen a un T1 anatómico que permite una adecuada caracterización espacial del área activada (motora o de lenguaje) y con ello es más fácil la planificación y el diseño de cada cirugía acorde con las características propias del paciente y la lesión.

Conclusión

La RM_F aporta información importante en el estudio de actividad cerebral cortical y puede obtener al mismo tiempo imágenes anatómicas adecuadas para una ubicación precisa del área de interés incluyendo imágenes angiográficas o estudio espectroscópico. Los programas de análisis de datos son cada vez más rápidos y eficaces permitiendo una mayor facilidad en su uso.

Esta técnica permite realizar más fácilmente mapeos corticales, que ayudan en la planificación neuroquirúrquica, tanto en patologías tumorales, como en cirugía de epilepsia y donde sea necesario ubicar con precisión áreas criticas motoras o de lenguaje para evitar el daño de éstas o bien donde sea necesario determinar dominancia cerebral (Figura 8). Además del estudio de funciones superiores y emocionales que permiten su aplicación diagnóstica en diferentes patologías como: Síndrome de déficit atencional, patología maníaco-depresiva, síndromes fóbicos, alteraciones del lenguaje etc.

Figura 8. Paciente de 17 años con epilepsia de tipo motora parcial, cuya RM presentó un área de displasia cortical en giro frontal medio izquierdo. La figura muestra una reconstrucción en tres dimensiones de cráneo y cerebro. Se realizó test de generación de verbos obteniéndose activación en color rojo en el tercio superior del giro frontal inferior izquierdo y el área de displasia cortical se representó en color amarillo. (Imagen cortesía Drs. B. Bernal y N. Altman, Servicio de Radiología, Hospital de Niños de Miami).

Agradecimientos

A los doctores del Departamento de Radiología (del Hospital Miami Children), su Jefe el doctor Nolan Altman y al Director de Investigación en Resonancia Magnética Funcional, el doctor Byron Bernal, que tuvieron la amabilidad en recibirme en su servicio y facilitaron el material gráfico utilizado en este artículo.

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Correspondencia: Dra. María Rosario Rosales F.
José Manuel Infante 553. Providencia.
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