Neuroimagen estructural y funcional

La neuroimagen es el conjunto de técnicas que permiten visualizar el cerebro vivo. La imagen estructural muestra la anatomía —la forma, el tamaño y la composición tisular de las regiones cerebrales—, mientras que la imagen funcional infiere la actividad, con mayor frecuencia a partir de los cambios en el flujo sanguíneo y la oxigenación de la sangre que acompañan al procesamiento neural. Juntas, permiten estudiar la estructura y función cerebral de forma no invasiva.

Definition

La neuroimagen estructural visualiza la anatomía y las propiedades tisulares del cerebro, mientras que la neuroimagen funcional mide correlatos de la actividad neural, como el flujo sanguíneo y la oxigenación, permitiendo evaluar tanto la estructura como la función in vivo.

Scope

Este tema abarca las principales modalidades estructurales (tomografía computarizada y resonancia magnética estructural, incluyendo la imagen de difusión y la morfometría) y modalidades funcionales (resonancia magnética funcional basada en el contraste dependiente del nivel de oxígeno en sangre, y el análisis de la conectividad funcional y efectiva). Describe lo que mide cada método como metodología de referencia, no como guía clínica.

Core questions

• ¿Qué mide la imagen estructural y cómo difiere de la imagen funcional?
• ¿Cómo infiere la resonancia magnética funcional la actividad neural a partir de las señales de oxigenación sanguínea?
• ¿Cómo se convierten las imágenes en medidas cuantitativas de la estructura y conectividad cerebral?

Key concepts

• Tomografía computarizada y resonancia magnética estructural
• Imagen ponderada por difusión
• Morfometría basada en vóxeles y en superficie
• Contraste dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD)
• Conectividad funcional y efectiva
• Imagen en estado de reposo y el modo por defecto
• Segmentación y cuantificación de imágenes

Mechanisms

La resonancia magnética estructural distingue los tejidos por sus propiedades de resonancia magnética, y la imagen de difusión explota el movimiento del agua para investigar la microestructura y la orientación de las fibras (Le Bihan et al., 1986). La resonancia magnética funcional se basa en el descubrimiento de que la sangre desoxigenada y oxigenada difieren en susceptibilidad magnética, por lo que los cambios en la oxigenación sanguínea local que siguen a la actividad neural producen una señal medible dependiente del nivel de oxígeno en sangre (Ogawa et al., 1990). El análisis de cómo estas señales covarían entre regiones produce medidas de conectividad funcional y efectiva (Friston, 1994), incluyendo patrones observados en reposo en ausencia de una tarea explícita (Gusnard & Raichle, 2001). Los procesos automatizados segmentan y etiquetan las imágenes para convertirlas en mediciones anatómicas cuantitativas (Fischl, 2012).

Clinical relevance

Los métodos de neuroimagen sustentan cómo se observan y miden la estructura y función cerebral en la investigación y la práctica, y comprender lo que mide cada modalidad apoya una interpretación cuidadosa. Esta entrada es material de referencia metodológica y no proporciona criterios diagnósticos ni consejos de tratamiento.

History

La tomografía computarizada de rayos X permitió por primera vez visualizar la anatomía cerebral en personas vivas, y la resonancia magnética ofreció posteriormente un contraste superior de los tejidos blandos y la imagen microestructural basada en la difusión (Le Bihan et al., 1986). El descubrimiento del contraste dependiente del nivel de oxígeno en sangre (Ogawa et al., 1990) impulsó la resonancia magnética funcional, tras lo cual el análisis de conectividad (Friston, 1994) y el estudio de la actividad en estado de reposo (Gusnard & Raichle, 2001) ampliaron el campo, apoyados por herramientas automatizadas de análisis de imágenes (Fischl, 2012).

Debates

¿Qué refleja realmente la señal BOLD?

La resonancia magnética funcional mide una señal de oxigenación sanguínea que es un indicador indirecto y vascular de la actividad neural, por lo que la relación precisa entre la respuesta BOLD y los eventos neuronales subyacentes sigue siendo una advertencia interpretativa.

Key figures

• Seiji Ogawa
• Denis Le Bihan
• Karl Friston
• Marcus Raichle
• Bruce Fischl

Seminal works

• ogawa-1990
• le-bihan-1986
• friston-1994

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre neuroimagen estructural y funcional?

La neuroimagen estructural representa la anatomía y el tejido del cerebro, mientras que la neuroimagen funcional mide correlatos de la actividad, como los cambios en la oxigenación sanguínea que acompañan al procesamiento neural.

¿La resonancia magnética funcional mide las neuronas directamente?

No. Mide una señal dependiente del nivel de oxígeno en sangre, un indicador vascular indirecto que sigue la actividad neural en lugar de registrar la actividad de las neuronas directamente.