La neuroimagen o la formación de imágenes cerebrales es el uso de diversas técnicas para obtener una imagen directa o indirecta de la estructura, función o farmacología del sistema nervioso. Es una disciplina relativamente nueva dentro de la medicina, la neurociencia y la psicología. Los médicos que se especializan en el desempeño y la interpretación de la neuroimagen en el entorno clínico son neurorradiólogos.
La neuroimagen se divide en dos grandes categorías:
Imagen estructural, que se ocupa de la estructura del sistema nervioso y el diagnóstico de enfermedad intracraneal grave (a gran escala) (como un tumor) y lesiones. Imagen funcional, que se utiliza para diagnosticar enfermedades y lesiones metabólicas en una escala más fina (como la enfermedad de Alzheimer) y también para la investigación de la psicología cognitiva y neurológica y la construcción de interfaces cerebro-computadora.
La imagen funcional permite, por ejemplo, el procesamiento de la información por parte de los centros en el cerebro para visualizarse directamente. Tal procesamiento hace que el área afectada del cerebro aumente el metabolismo y se «ilumine» en la exploración. Uno de los usos más controvertidos de la neuroimagen ha sido investigar la «identificación del pensamiento» o la lectura de la mente.
Historia El primer capítulo de la historia de la neuroimagen se remonta al neurocientífico italiano Angelo Mosso, quien inventó el «equilibrio de la circulación humana», que podría medir de forma no invasiva la redistribución de la sangre durante la actividad emocional e intelectual. Sin embargo, aunque fue mencionado brevemente por William James en 1890, los detalles y el funcionamiento preciso de este equilibrio y los experimentos que Mosso realizó con él han permanecido en gran parte desconocidos hasta el reciente descubrimiento del instrumento original, así como los informes de Mosso de Stefano Sandrone y sus colegas.
En 1918, el neurocirujano estadounidense Walter Dandy introdujo la técnica de ventriculografía. Las imágenes de rayos X del sistema ventricular dentro del cerebro se obtuvieron mediante inyección de aire filtrado directamente en uno o ambos ventrículos laterales del cerebro. Dandy también observó que el aire introducido en el espacio subaracnoideo a través de la punción lumbar podría ingresar a los ventrículos cerebrales y también demostrar los compartimientos del líquido cefalorraquídeo alrededor de la base del cerebro y sobre su superficie. Esta técnica se llama neumoencefalografía.
En 1927, Egas Moniz introdujo la angiografía cerebral, mediante la cual los vasos sanguíneos normales y anormales dentro y alrededor del cerebro podían visualizarse con gran precisión.
A principios de la década de 1970, Allan McLeod Cormack y Godfrey Newbold Hounsfield introdujeron la tomografía axial computarizada (TAC o tomografía computarizada), y las imágenes anatómicas del cerebro cada vez más detalladas estuvieron disponibles para fines de diagnóstico e investigación. Cormack y Hounsfield ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1979 por su trabajo. Poco después de la introducción de TAC a principios de la década de 1980, el desarrollo de radioligandos permitió la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) y la tomografía por emisión de positrones (TEP) del cerebro.
Más o menos concurrentemente, la investigación por resonancia magnética (imágenes por resonancia magnética o RM) fue desarrollada por investigadores como Peter Mansfield y Paul Lauterbur, a quienes se les otorgó el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2003. A principios de la década de 1980, se introdujo la resonancia magnética clínicamente, y durante el La década de 1980 tuvo lugar una verdadera explosión de mejoras técnicas y aplicaciones de diagnóstico de RM. Los científicos pronto aprendieron que los grandes cambios en el flujo sanguíneo medidos por TEP también podrían ser captados por el tipo correcto de IRM. Nació la resonancia magnética funcional (IRMf), y desde la década de 1990, la IRMf ha dominado el campo de mapeo cerebral debido a su baja invasividad, falta de exposición a la radiación y una disponibilidad relativamente amplia.
A principios de la década de 2000, el campo de la neuroimagen llegó a la etapa en que las aplicaciones prácticas limitadas de imágenes cerebrales funcionales se han vuelto factibles. El área principal de aplicación es formas crudas de interfaz cerebro-computadora.
Indicaciones La neuroimagen sigue a un examen neurológico en el que un médico ha encontrado una causa para investigar más profundamente a un paciente que tiene o puede tener una enfermedad neurológica.
Uno de los problemas neurológicos más comunes que puede experimentar una persona es el síncope simple. En los casos de síncope simple en los que el historial del paciente no sugiere otros síntomas neurológicos, el diagnóstico incluye un examen neurológico, pero no se indica una imagen neurológica de rutina porque la probabilidad de encontrar una causa en el sistema nervioso central es extremadamente baja y es poco probable que el paciente pueda beneficiarse del procedimiento.
La neuroimagen no está indicada para pacientes con dolores de cabeza estables que se diagnostican como migraña. Los estudios indican que la presencia de migraña no aumenta el riesgo de enfermedad intracraneal de un paciente. Un diagnóstico de migraña que señala la ausencia de otros problemas, como el papiledema, no indicaría la necesidad de neuroimagen. En el curso de la realización de un diagnóstico cuidadoso, el médico debe considerar si el dolor de cabeza tiene una causa distinta de la migraña y puede requerir neuroimagen.
Otra indicación para la neuroimagen es la cirugía estereotáctica guiada por TC, IRM y TEP o radiocirugía para el tratamiento de tumores intracraneales, malformaciones arteriovenosas y otras afecciones tratables quirúrgicamente.
Técnicas de imagen cerebral
Tomografía Axial Computarizada
La tomografía computarizada (TC) o la tomografía axial computarizada (TAC) utilizan una serie de radiografías de la cabeza tomadas desde muchas direcciones diferentes. Típicamente utilizado para ver rápidamente las lesiones cerebrales, la tomografía computarizada utiliza un programa de computadora que realiza un cálculo integral numérico (la transformación inversa de radón) en la serie de rayos X medida para estimar la cantidad de haz de rayos X que se absorbe en un pequeño volumen del cerebro. Por lo general, la información se presenta como secciones transversales del cerebro.
Tomografía óptica difusa La imagen óptica difusa (IOD) o la tomografía óptica difusa (TOD) es una modalidad de imagen médica que utiliza luz infrarroja cercana para generar imágenes del cuerpo. La técnica mide la absorción óptica de la hemoglobina y se basa en el espectro de absorción de la hemoglobina que varía con su estado de oxigenación. La tomografía óptica difusa de alta densidad (HD-TOD) se ha comparado directamente con IRMf utilizando la respuesta a la estimulación visual en sujetos estudiados con ambas técnicas, con resultados tranquilizadores similares. La HD-TOD también se ha comparado con IRMf en términos de tareas de lenguaje y conectividad funcional en estado de reposo.
Potencial relacionado con evento
Un potencial relacionado con evento (ERP) es una técnica de escaneo cerebral que utiliza luz infrarroja a través de fibras ópticas para medir los cambios en las propiedades ópticas de las áreas activas de la corteza cerebral. Mientras que las técnicas como la tomografía óptica difusa (TOD) y la espectroscopía de infrarrojo cercano (NIRS) miden la absorción óptica de la hemoglobina y, por lo tanto, se basan en el flujo sanguíneo, ERP aprovecha las propiedades de dispersión de las propias neuronas y, por lo tanto, proporciona un efecto mucho más directo medida de actividad celular. ERP puede determinar la actividad en el cerebro dentro de milímetros (espacialmente) y dentro de milisegundos (temporalmente). Su mayor inconveniente es la incapacidad de detectar actividad de más de unos pocos centímetros de profundidad. Es una nueva técnica relativamente económica que no es invasiva para el sujeto de prueba. Fue desarrollado en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, donde ahora se usa en el Laboratorio de Neuroimagen Cognitiva de la Dra. Gabriele Gratton y la Dra. Monica Fabiani.
Imagen por Resonancia Magnética
La resonancia magnética (IRM) utiliza campos magnéticos y ondas de radio para producir imágenes bidimensionales o tridimensionales de alta calidad de las estructuras cerebrales sin el uso de radiación ionizante (rayos X) o trazadores radiactivos.
Imagen por Resonancia Magnética funcional
La resonancia magnética funcional (IRMf) y el etiquetado de giro arterial por resonancia magnética (ASL) se basan en las propiedades paramagnéticas de la hemoglobina oxigenada y desoxigenada para ver imágenes del flujo sanguíneo cambiante en el cerebro asociado con la actividad neuronal. Esto permite generar imágenes que reflejan qué estructuras cerebrales se activan (y cómo) durante la realización de diferentes tareas o en estado de reposo. De acuerdo con la hipótesis de la oxigenación, los cambios en el uso de oxígeno en el flujo sanguíneo cerebral regional durante la actividad cognitiva o conductual pueden asociarse con las neuronas regionales como directamente relacionadas con las tareas cognitivas o conductuales que se atienden.
La mayoría de los escáneres IRMf permiten que los sujetos reciban diferentes imágenes visuales, sonidos y estímulos táctiles, y realizar diferentes acciones, como presionar un botón o mover una palanca de mando. En consecuencia, la resonancia magnética funcional se puede utilizar para revelar estructuras cerebrales y procesos asociados con la percepción, el pensamiento y la acción. La resolución de IRMf es de aproximadamente 2-3mm en la actualidad, limitada por la propagación espacial de la respuesta hemodinámica a la actividad neuronal. Ha reemplazado en gran medida a la TEP para el estudio de los patrones de activación cerebral. Sin embargo, el TEP conserva la ventaja significativa de poder identificar receptores (o transportadores) cerebrales específicos asociados con neurotransmisores particulares a través de su capacidad de formar imágenes de «ligandos» de receptores radiomarcados (los ligandos de receptores son cualquier sustancia química que se adhiera a los receptores).
Además de la investigación sobre sujetos sanos, la resonancia magnética funcional se usa cada vez más para el diagnóstico médico de enfermedades. Debido a que la IRMf es extremadamente sensible al uso de oxígeno en el flujo sanguíneo, es extremadamente sensible a los cambios tempranos en el cerebro que resultan de la isquemia (flujo sanguíneo anormalmente bajo), como los cambios que siguen al accidente cerebrovascular. El diagnóstico precoz de ciertos tipos de accidente cerebrovascular (ACV) es cada vez más importante en neurología, ya que las sustancias que disuelven los coágulos sanguíneos pueden usarse en las primeras horas después de que ocurran ciertos tipos de ACV, pero es peligroso usarlas después. Los cambios cerebrales observados en IRMf pueden ayudar a tomar la decisión de tratar con estos agentes. Con una precisión de entre 72% y 90% donde la probabilidad alcanzaría el 0.8%, las técnicas de IRMf pueden decidir cuál de un conjunto de imágenes conocidas está viendo el sujeto.
Magnetoencefalografía