TECNICHE DI NEUROIMAGING

Lo scopo primario delle tecniche di neuroimmagine è quello di

studiare la struttura e la funzione del sistema nervoso centrale. Le diverse

tecniche di brain imaging si dividono in 2 grandi categorie:

1) METODI DI VISUALIZZAZIONE STRUTTURALE: studiano la forma del

cervello e la presenza di strutture patologiche (tumori, emorragie, infarti)

 2) METODI DI

VISUALIZZAZIONE FUNZIONALE: Servono ad investigare quali aree

cerebrali svolgono una determinata funzione, la sequenza di attivazione delle

aree coinvolte in un compito, e l’effetto su queste aree di varie patologie

neurologiche (lesioni) e psichiatriche.

 

 

1) METODI DI VISUALIZZAZIONE STRUTTURALE

 

 - Angiografia

 - Tomografia computerizzata (CT scan)

 - Risonanza magnetica nucleare (NMR)

Sezione sagittale della

RMN

 

2) METODI DI VISUALIZZAZIONE FUNZIONALE

Questi metodi, a loro volta, si

dividono in diretti e indiretti

A)

METODI DI VISUALIZZAZIONE DIRETTI

                Sono

metodi di registrazione del potenziale elettrico cerebrale

-        

EEG

-        

Potenziali evento.correlati (ERP)

-        

Magneto-encefalografia

 

1) EEG

L’Elettroencefalogramma è un test che misura e registra l’attività

elettrica del cervello. Speciali sensori, chiamati elettrodi, vengono applicati

alla testa e collegati tramite dei cavi ad un computer. Il computer registra

l’attività elettrica cerebrale su uno schermo o su carta sotto forma di piccole

onde. Particolari condizioni, come le convulsioni, possono essere viste tramite

il cambiamento del fisiologico pattern dell’attività elettrica cerebrale.

Esempi di modificazioni dell’EEG

 

2) ERP (Event-Related Potentials)

Gli ERP rappresentano

modificazioni del segnale EEG (variazioni del potenziale elettrico) che fanno

seguito ad uno stimolo (ad es, visivo, somestesico o uditivo). Gli ERP

riflettono:

- processi sensoriali EVOCATI dallo stimolo fisico;

- attività neuronale legata alla preparazione motoria;

- Processi cognitivi che dipendono dal compito in cui il soggetto è

impegnato (ad es, prestare attenzione ad una posizione spaziale).

 

3) MEG (Magneto-encelografia)

La Magneto-encefalografia (MEG) è

la misura del debole campo magnetico generato dall’attività elettrica dei

neuroni cerebrali. Misurando il campo magnetico evocato dalla presentazione di

stimoli sensoriali, la MEG permette di costruire una mappa dell’organizzazione

funzionale del cervello. La MEG può essere usata come strumento per lo studio

del cervello sia normale che patologico.

Attraverso la MEG, i campi

magnetici generati dalle correnti elettriche neuronali sono misurati

all’esterno (scalpo) mediante sensori superconduttori.

 

B) METODI DI VISUALIZZAZIONE

INDIRETTI

-        

Tomografia ad emissione di protoni (PET)

-        

Risonanza magnetica funzionale (fMRI o

functional Magnetic Resonance Imaging)

1) TOMOGRAFIA AD EMISSIONE DI POSITRONI (PET) E TOMOGRAFIA AD

EMISSIONE DI UN SINGOLO FOTONE (SPECT))

La PET è una metodica di visualizzazione indiretta dell’attività

cerebrale che consente la produzione di bioimmagini basate sulla misurazione

del metabolismo cellulare. Il suo meccanismo d’azione si fonda sull’assunto che

l’attivazione di una specifica area cerebrale, legata per esempio ad una

determinata funzione cognitiva, comporti un aumento della richiesta e

dell’apporto di substrati metabolici. Su questi presupposti si somministrano al

soggetto tracciati marcati con sostanze radioattive che, entrando nel circolo

sanguigno, possono essere localizzate da uno scanner tramite appositi

rilevatori secondo il principio chiamato “rilevamento per coincidenza”,

restituendoci quindi immagini dettagliate del substrato cerebrale.

Parallelamente alla PET, anche la Tomografia ad emissione di singolo fotone

(SPECT) sfrutta l’azione di un composto marcato iniettato nel flusso sanguigno.

Tale tecnica è molto semplice e meno costosa rispetto alla PET, ma di contro

offre immagini qualitativamente meno accurate e con minor risoluzione spaziale.

Il primo studio PET di

attivazione funzionale nell’ uomo è stato pubblicato su Nature nel 1988.

Includeva cinque diverse condizioni: T0 = riposo T1 = lettura di parole T2 =

ascolto di parole T3 = ripetizione di parole ascoltate T4 = generazione di un

verbo correlato alla parola ascoltata (mela: mangiare)

 

 

2) Risonanza magnetica funzionale (functional

magnetic resonance imaging -  fMRI)

La nascita della risonanza magnetica funzionale (fMRI) risale al 1990 e ci ha

permesso di studiare le variazioni temporali del metabolismo cellulare in aree

cerebrali target. Oggi è divenuta il metodo preminente per la misurazione non

invasiva dell’attività del cervello.

Tutta l’attività dei neuroni,

richiede un apporto energetico tramite Adenosina trifosfato (ATP). Tale

nucleotide viene prodotto dall’ossigenazione glicolitica del glucosio.

L’aumento del fabbisogno energetico locale comporta quindi l’up-regulation di

ossigeno con conseguente dilatazione dei vasi sanguigni. Sono questi i processi

biologici che la risonanza magnetica registra, permettendo di rilevare

l’attività neurale attraverso l’aumento del flusso sanguigno cerebrale locale

(CBF) e le variazioni nella concentrazione di ossigeno (tecnica Blood

oxygenation level dependent – BOLD). Quando una’ area del cervello è attiva in

un compito, si produce un aumento regionale del flusso ematico, e del rilascio

di ossigeno. Poiché l’aumento di flusso ematico eccede la capacità del tessuto

nervoso di utilizzare l’ossigeno ematico fornito all’ area, nell’ area attiva

si crea un aumento relativo di ossiemoglobina e una riduzione di

desossiemoglobina. La riduzione relativa di desossemoglobina (che distorce il

campo magnetico) nella regione attiva provoca un aumento dell’intensità del

segnale fMRI. Questi parametri ci consentono di comprendere le variazioni

dell’intensità dell’immagine MRI, fornendo scansioni anatomiche ad alta

risoluzione. La fMRI è una tecnica non invasiva, molto usata sia in ambito di

ricerca sia in ambito clinico, proprio per la sua facilità di impiego.