La resonancia magnética funcional relacionada con eventos ( efMRI ) es una técnica utilizada en la resonancia magnética de pacientes médicos.
La EfMRI se utiliza para detectar cambios en la respuesta hemodinámica BOLD ( dependiente del nivel de oxígeno en sangre ) a la actividad neuronal en respuesta a ciertos eventos. [1]
En la metodología fMRI , existen dos formas diferentes que se emplean habitualmente para presentar estímulos. Un método es un diseño relacionado con bloques, en el que se alternan dos o más condiciones diferentes para determinar las diferencias entre las dos condiciones, o se puede incluir un control en la presentación que se produce entre las dos condiciones. Por el contrario, los diseños relacionados con eventos no se presentan en una secuencia establecida; la presentación es aleatoria y el tiempo transcurrido entre los estímulos puede variar.
La resonancia magnética funcional intenta modelar el cambio en la señal de resonancia magnética funcional en respuesta a eventos neuronales asociados con ensayos conductuales. Según D'Esposito, "la resonancia magnética funcional relacionada con eventos tiene el potencial de abordar una serie de cuestiones de psicología cognitiva con un grado de poder inferencial y estadístico que no estaba disponible anteriormente". [2]
Cada ensayo puede estar compuesto por un " evento " controlado experimentalmente (como la presentación de una palabra o una imagen) o por un "evento" mediado por el participante (como una respuesta motora). Dentro de cada ensayo, hay una serie de eventos, como la presentación de un estímulo , un período de demora y una respuesta. Si el experimento está correctamente configurado y los diferentes eventos se cronometran correctamente, la efMRI permite que una persona observe las diferencias en la actividad neuronal asociada con cada evento.
La tomografía por emisión de positrones (PET) era la técnica de mapeo cerebral más utilizada antes del desarrollo de la fMRI. Presenta una serie de ventajas en comparación con la PET. Según D'Esposito, entre ellas, la fMRI "no requiere una inyección de radioisótopo en los participantes y, por lo demás, no es invasiva, tiene una mejor resolución espacial y temporal". [2]
Los primeros estudios de resonancia magnética emplearon el uso de " trazadores paramagnéticos exógenos para mapear los cambios en el volumen sanguíneo cerebral ", [3] [4] lo que permitió la evaluación de la actividad cerebral durante varios minutos. Esto cambió con dos avances en la resonancia magnética : la rapidez de las técnicas de resonancia magnética se incrementó a 1,5 Tesla a fines de la década de 1980, lo que proporcionó una imagen en 2D. Luego, Detre, Koretsky y colegas descubrieron mecanismos de contraste endógeno basados en la magnetización longitudinal neta dentro de un órgano y un "segundo basado en cambios en la susceptibilidad magnética inducida por el cambio del contenido neto de desoxihemoglobina tisular ", [3] que Siege Ogawa denominó contraste BOLD.
Estos descubrimientos sirvieron de inspiración para futuros avances en el mapeo cerebral, lo que permitió a los investigadores desarrollar tipos de experimentos más complejos, que iban más allá de la observación de los efectos de un solo tipo de ensayo. Cuando se desarrolló la fMRI, una de sus principales limitaciones era la imposibilidad de aleatorizar los ensayos, pero la fMRI relacionada con los eventos solucionó este problema. [2] La sustracción cognitiva también fue un problema, ya que intentaba correlacionar las diferencias cognitivo-conductuales entre las tareas con la actividad cerebral mediante el emparejamiento de dos tareas que se supone que coinciden perfectamente con cada proceso sensorial, motor y cognitivo, excepto el de interés. [2]
A continuación, un impulso para la mejora de la resolución temporal de los estudios de fMRI condujo al desarrollo de diseños relacionados con eventos, que según Peterson, se heredaron de la investigación de ERP en electrofisiología , pero se descubrió que este promedio no se aplicaba muy bien a la respuesta hemodinámica porque la respuesta de los ensayos podía superponerse. Como resultado, se aplicó una fluctuación aleatoria de los eventos, lo que significó que la repetición temporal se varió y aleatorizó para los ensayos con el fin de garantizar que las señales de activación no se superpusieran.
Para funcionar, las neuronas necesitan energía, que es suministrada por el flujo sanguíneo. Aunque no se entiende del todo, la respuesta hemodinámica se ha correlacionado con la actividad neuronal, es decir, a medida que aumenta el nivel de actividad, aumenta la cantidad de sangre que utilizan las neuronas. Esta respuesta tarda varios segundos en desarrollarse por completo. En consecuencia, la fMRI tiene una resolución temporal limitada .
La respuesta hemodinámica es la base del contraste BOLD (dependiente del nivel de oxígeno en la sangre) en la fMRI. [5] La respuesta hemodinámica se produce en cuestión de segundos después de que se presentan los estímulos, pero es esencial espaciar los eventos para garantizar que la respuesta que se mide proviene del evento que se presentó y no de un evento anterior. La presentación de estímulos en una secuencia más rápida permite a los experimentadores realizar más ensayos y recopilar más datos, pero esto está limitado por el curso lento de la respuesta hemodinámica, que generalmente debe permitirse que regrese a la línea base antes de la presentación de otro estímulo.
Según Burock, "a medida que aumenta la tasa de presentación en el diseño relacionado con eventos aleatorios, la varianza en la señal aumenta, aumentando así la información transitoria y la capacidad de estimar la respuesta hemodinámica subyacente". [3]
En una resonancia magnética funcional típica, después de cada prueba se permite que la respuesta hemodinámica vuelva a la línea de base. En una resonancia magnética funcional rápida relacionada con eventos, las pruebas se aleatorizan y la frecuencia de resonancia magnética funcional se deconvoluciona después. Para que esto sea posible, se deben utilizar todas las combinaciones posibles de secuencias de prueba y los intervalos entre pruebas deben modificarse para que el tiempo entre pruebas no sea siempre el mismo.
Chee sostiene que los diseños relacionados con eventos proporcionan una serie de ventajas en las tareas relacionadas con el lenguaje, incluida la capacidad de separar las respuestas correctas e incorrectas y mostrar variaciones dependientes de la tarea en los perfiles de respuesta temporal. [6]
En los datos de fMRI, se supone que existe una relación lineal entre la estimulación neuronal y la respuesta BOLD. El uso de GLM permite desarrollar una media para representar la respuesta hemodinámica media en los participantes.
Se utiliza el mapeo paramétrico estadístico para producir una matriz de diseño que incluye todas las diferentes formas de respuesta producidas durante el evento. Para obtener más información sobre esto, consulte Friston (1997). [7]