Imágenes dependientes del nivel de oxígeno en sangre - Blood-oxygen-level-dependent imaging
Las imágenes dependientes del nivel de oxígeno en sangre , o imágenes de contraste BOLD , son un método que se utiliza en las imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) para observar diferentes áreas del cerebro u otros órganos que se encuentran activos en un momento dado.
Teoría
Las neuronas no tienen reservas internas de energía en forma de azúcar y oxígeno , por lo que su activación provoca la necesidad de traer más energía rápidamente. A través de un proceso llamado respuesta hemodinámica , la sangre libera oxígeno a las neuronas activas a un ritmo mayor que a las neuronas inactivas. Esto provoca un cambio en los niveles relativos de oxihemoglobina y desoxihemoglobina ( sangre oxigenada o desoxigenada ) que pueden detectarse en función de su susceptibilidad magnética diferencial .
En 1990, tres artículos publicados por Seiji Ogawa y sus colegas mostraron que la hemoglobina tiene diferentes propiedades magnéticas en sus formas oxigenada y desoxigenada (la hemoglobina desoxigenada es paramagnética y la hemoglobina oxigenada es diamagnética ), las cuales podrían detectarse mediante resonancia magnética . Esto conduce a una variación de la señal magnética que se puede detectar mediante un escáner de resonancia magnética. Dadas muchas repeticiones de un pensamiento, acción o experiencia, se pueden usar métodos estadísticos para determinar las áreas del cerebro que de manera confiable tienen más de esta diferencia como resultado y, por lo tanto, qué áreas del cerebro están más activas durante ese pensamiento, acción o experiencia. experiencia.
Críticas y limitaciones
Aunque la mayoría de las investigaciones de resonancia magnética funcional utilizan imágenes de contraste BOLD como método para determinar qué partes del cerebro son más activas, debido a que las señales son relativas y no cuantitativas individualmente, algunos cuestionan su rigor. Se han intentado otros métodos que proponen medir la actividad neural directamente (por ejemplo, la medición de la fracción de extracción de oxígeno, o OEF, en regiones del cerebro, que mide la cantidad de oxihemoglobina en la sangre que se ha convertido en desoxihemoglobina), pero Debido a que los campos electromagnéticos creados por una neurona activa o disparada son tan débiles, la relación señal / ruido es extremadamente baja y los métodos estadísticos utilizados para extraer datos cuantitativos no han tenido éxito hasta ahora.
El descarte típico de las señales de baja frecuencia en las imágenes de contraste BOLD se cuestionó en 1995, cuando se observó que el "ruido" en el área del cerebro que controla el movimiento de la mano derecha fluctuaba al unísono con una actividad similar en el área. en el lado opuesto del cerebro asociado con el movimiento de la mano izquierda. Las imágenes de contraste BOLD solo son sensibles a las diferencias entre dos estados cerebrales, por lo que se necesitaba un nuevo método para analizar estas fluctuaciones correlacionadas llamado fMRI en estado de reposo .
Historia
Su prueba del concepto de imágenes de contraste dependientes del nivel de oxígeno en la sangre fue proporcionada por Seiji Ogawa y sus colegas en 1990, luego de un experimento que demostró que un cambio in vivo de la oxigenación de la sangre se podía detectar con una resonancia magnética. - Imágenes dependientes del nivel del contraste de cortes de cerebro de roedor en diferentes componentes del aire. En campos magnéticos elevados, las imágenes de resonancia magnética de protones de agua de cerebros de ratones vivos y ratas bajo anestesia se han medido mediante una secuencia de pulsos de eco de gradiente. Los experimentos mostraron que cuando el contenido de oxígeno en el gas respirable cambiaba gradualmente, el contraste de estas imágenes cambiaba gradualmente. Ogawa propuso y demostró que la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina es la principal contribución de esta diferencia.
Otros pioneros notables de BOLD fMRI incluyen a Kenneth Kwong y sus colegas, quienes utilizaron por primera vez la técnica en participantes humanos en 1992.