La obtención de imágenes dependientes del nivel de oxígeno en sangre , o imágenes con contraste BOLD , es un método utilizado en la resonancia magnética funcional (fMRI) para observar diferentes áreas del cerebro u otros órganos que se encuentran activos en un momento dado. [1]
Las neuronas no tienen reservas internas de energía en forma de azúcar y oxígeno , por lo que su activación hace que sea necesario que ingrese 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 se puede detectar en función de su susceptibilidad magnética diferencial .
En 1990, tres artículos publicados por Seiji Ogawa y 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 ), ambas pueden detectarse mediante resonancia magnética . [2] Esto conduce a una variación de la señal magnética que puede detectarse utilizando un escáner de resonancia magnética. Dadas muchas repeticiones de un pensamiento, acción o experiencia, se pueden utilizar métodos estadísticos para determinar las áreas del cerebro que tienen más de esta diferencia como resultado y, por lo tanto, qué áreas del cerebro son más activas durante ese pensamiento, acción o experiencia.
Aunque la mayoría de las investigaciones de fMRI utilizan imágenes de contraste BOLD como método para determinar qué partes del cerebro son las 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 neuronal directamente (por ejemplo, la medición de la Fracción de Extracción de Oxígeno, u OEF, en regiones del cerebro, que mide qué cantidad de oxihemoglobina en la sangre se ha convertido en desoxihemoglobina [3] ), pero debido a que los campos electromagnéticos creados por una neurona activa o en activación son tan débiles, la relación señal-ruido es extremadamente baja y los métodos estadísticos utilizados para extraer datos cuantitativos han sido en gran medida infructuosos hasta ahora.
El descarte típico de las señales de baja frecuencia en las imágenes de contraste BOLD se puso en tela de juicio 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 del lado opuesto del cerebro asociada con el movimiento de la mano izquierda. [1] Las imágenes de contraste BOLD solo son sensibles a las diferencias entre dos estados cerebrales, [4] por lo que se necesitaba un nuevo método para analizar estas fluctuaciones correlacionadas llamado fMRI en estado de reposo .
En 1990, Seiji Ogawa y sus colegas demostraron que la obtención de imágenes de contraste dependientes del nivel de oxígeno en sangre era posible mediante un experimento que demostraba que se podía detectar un cambio in vivo en la oxigenación de la sangre con la ayuda de la resonancia magnética. [5] En los experimentos de Ogawa, se obtuvieron imágenes de contraste dependientes del nivel de oxígeno en sangre de cortes cerebrales de roedores en diferentes componentes del aire. En campos magnéticos elevados, se midieron imágenes de resonancia magnética de protones de agua de cerebros de ratones y ratas vivos bajo anestesia mediante una secuencia de pulsos de eco de gradiente. Los experimentos demostraron 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 son la principal contribución de esta diferencia. [6]
Otros pioneros notables de BOLD fMRI incluyen a Kenneth Kwong y sus colegas, quienes utilizaron la técnica por primera vez en participantes humanos en 1992. [7]
La señal fMRI se suele denominar señal dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD) porque el método de obtención de imágenes se basa en cambios en el nivel de oxígeno en el cerebro humano inducidos por alteraciones en el flujo sanguíneo.
Ogawa et al. pudieron demostrar que los cambios in vivo en la oxigenación de la sangre podían detectarse con la resonancia magnética.