Le neuroimmagini: come la scienza e la tecnologia ci aiutano a studiare le funzioni del cervello. Event funded by FP7-Eu project DECIDE

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1 Le neuroimmagini: come la scienza e la tecnologia ci aiutano a studiare le funzioni del cervello Event funded by FP7-Eu project DECIDE

2 Le neuroimmagini: visualizzazione in vivo del cervello Il termine Neuroimmagini identifica tecniche di visualizzazione delle strutture cerebrali che cominciarono ad essere ideate circa 30 anni fa e che permettono letteralmente di vedere all interno del cranio e indagare così il cervello umano mentre pensa, impara o sogna. Con le neuroimmagini si può valutare: 1. L anatomia del cervello: indagare la sua struttura e le eventuali modificazioni di struttura 2. La funzionalità del cervello: scoprirne le funzioni e valutare le regioni deputate alle diverse funzioni Task motorio: movimento mano Task di espressione: pronuncia parole

3 Le neuroimmagini: visualizzazione in vivo del cervello I vantaggi che si hanno nell indagare così il cervello sono: 1) Possibilità di effettuare studi di attivazione: vedere le zone che si attivano nel cervello per specifici compiti in vivo (con il paziente in vivo mentre il cervello lavora sottoposto a determinate condizioni) Bla bla bla. 2) Possibilità di scoprire in vivo la mancanza di funzionalità, cioè la patologia, rendendo quindi possibile l identificazione di malattie neurologiche di diverso tipo

4 Il concetto di tomografia per visualizzare il cervello

5 Il concetto di tomografia per visualizzare il cervello

6 La risonanza magnetica Il corpo viene immerso in un campo magnetico Nel campo magnetico il corpo viene investito da un onda di radiofrequenza la cui energia viene assorbita dal corpo L onda a radiofrequenza viene riemessa dal corpo, e viene raccolta sotto forma di segnale elettrico raccolto. Il segnale elettrico registrato viene elaborato e da questo viene costruita l immagine

7 La risonanza magnetica Esistono tante tipologie di acquisizione RM, in dipendenza dallo scopo dell esame. Le acquisizioni più comunemente usate sono di fatto quelle che restituiscono delle immagini anatomiche. Interessante particolarità della RM è il fatto che, anche solo osservando le immagini dello stesso paziente ottenute con le acquisizioni più semplici, si nota come acquisizioni diverse danno immagini differenti e quindi informazioni differenti. Questo perché è possibile selezionare il tipo di segnale di risonanza in base al tessuto corporeo che si va ad indagare.

8 La risonanza magnetica funzionale Quando invece che visualizzare l anatomia si vuole andare a vedere la funzionalità del cervello, le acquisizioni di interesse diventano le acquisizione di Risonanza Magnentica Funzionale (fmri). Le acquisizioni fmri sono acquisizioni in cui si va a valutare la variazione di funzionalità come variazione dell attività neuronale dovuta a stimoli e/o alla presenza di alterazioni patologiche. Esempi di acquisizioni fmri sono: 1) Studi di diffusione: diffusione delle molecole d acqua lungo direzioni preferenziali 2) Studi di perfusione: risposta emodinamica (volume sanguigno, flusso sanguigno cerebrale, ossigenazione dei tessuti) che accompagnano l aumento di attività neuronale. 3) Studi di attivazione: identificazione di particolari aree cerebrali funzionali, attraverso lo studio del loro grado di perfusione ematica, dopo uno stimolo specifico.

9 fmri: studi di attivazione

10 fmri: studi di attivazione

11 Positron Emission Tomography La PET (Positron Emission Tomography) è una tecnica metodica di diagnostica per immagini di Medicina Nucleare. La PET sfrutta la somministrazione di una sostanza radioattiva per via endovenosa per visualizzare le strutture corporee Per comprendere il funzionamento di questa metodica è utile dare due definizioni: isotopo radioattivo: è un elemento chimico che ha un nucleo instabile che naturalmente si trasforma (decade) emettendo radiazioni p n tracciante: una sostanza che segue (traccia) un processo biologico

12 Positron Emission Tomography Radiotracciante o radiofarmaco : tracciante a cui è stato legato chimicamente un isotopo radioattivo. L isotopo radioattivo legato al tracciante diventa quindi una lampadina : la strumentazione PET è infatti in grado di individuare la radiazione emessa dall isotopo dando così la possibilità di valutare dove si sono distribuiti gli atomi radioattivi all interno del paziente.

13 PET con 18 F-FDG Per comprendere come possa funzionare un radiofarmaco e cosa possa essere l immagine PET corrispondente è facile prendere come riferimento il fluoro-desossiglucosio ( 18 F-FDG) che è il radiofarmaco più usato negli esami PET applicati alle patologie oncologiche. L FDG dal punto di vista metabolico è un analogo del glucosio, cioè dello zucchero, e viene assunto dalle cellule come lo zucchero. La molecola di 18 F-FDG è una molecola di FDG in cui l isotopo di fluoro utilizzato è il 18 F che è un isotopo radioattivo Una volta entrato nelle cellule il 18F-FDG comicia ad essere elaborato e digerito dalla cellula come lo zucchero, ma successivamente a causa della sua conformazione non viene degradato come lo zucchero ma viene intrappolato nella cellula Siccome è intrappolato all interno della cellula, è lì che il 18 F decade emettendo radiazione: usando il 18F-FDG posso vedere come le cellule si nutrono di zucchero.

14 PET con 18 F-FDG Quindi concretamente cosa posso vedere con 18 F-FDG? Sono in grado di capire come le cellule metabolizzano glucosio. Ovviamente tutte le cellule dell organismo consumano glucosio quindi tutte le cellule accumuleranno FDG. E quindi evidente che usando FDG sarò in particolare in grado di distinguere le cellule che assumono glucosio in eccesso o in difetto rispetto alle cellule che hanno un consumo di glucosio nella norma. In pratica posso misurare alterazioni nel consumo del glucosio Perché mi serve vedere le cellule che hanno un alterato consumo di glucosio? le cellule cancerose che si riproducono a gran velocità presentano un aumento consumo di glucosio Lesione ossea

15 PET: studi di attivazione Che regioni del cervello sono attivate dall azione di immaginare un odore? Studio di attivazione eseguito su 62 volontari che hanno eseguito uno studio PET dopo aver annusato tre diverse essenze. Ai soggetti durante la scansione PET era chiesto di immaginare le tre essenze annusate. Attivazioni visibili a livello della corteccia olfattiva primaria sinistra, della corteccia piriforme e della corteccia secondaria olfattiva sinistra J. Djordjevic et al., Functional neuroimaging of odor imagery, Neuroimage, vol. 24, 2005