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.