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La nuova tecnica di risonanza magnetica cattura l'immagine di un pensiero del cervello

Un gruppo internazionale dei ricercatori con supporto parziale dall'istituto nazionale della rappresentazione e della bioingegneria biomediche (NIBIB) ha sviluppato una nuova tecnica di risonanza magnetica che può catturare un'immagine di un cervello che pensa misurando i cambiamenti nella rigidezza del tessuto. I risultati indicano che la funzione del cervello può essere tenuta la carreggiata su una cronologia genealogica di 100 millisecondi - 60 metodi precedenti di volte più velocemente. La tecnica ha potuto fare il nuovo indicatore luminoso su attività di un neurone alterata nelle malattie di cervello.

Il cervello umano risponde quasi immediatamente agli stimoli, ma le tecniche di rappresentazione non invadenti non hanno potute stare al passo con il cervello. Corrente, parecchi metodi non invadenti della rappresentazione di cervello misurano la funzione del cervello, ma tutti presentano le limitazioni. Il più comunemente, i clinici ed i ricercatori usano l'imaging a risonanza magnetica funzionale (fMRI) per misurare l'attività di cervello via le fluttuazioni nei livelli dell'ossigeno di sangue. Tuttavia, molte informazioni vitali di attività di cervello sono perse facendo uso di fMRI perché i livelli dell'ossigeno di sangue richiedono circa sei secondi per rispondere ad uno stimolo.

Dalla metà del 1990 la s, ricercatori ha potuta generare le mappe di rigidezza del tessuto facendo uso di uno scanner di MRI, con una tecnica non invadente chiamata elastography a risonanza magnetica (MRE). La rigidezza del tessuto non può essere misurata direttamente, così invece uso MRE dei ricercatori misurare la velocità a cui le vibrazioni meccaniche attraversano through il tessuto. Le vibrazioni si muovono più velocemente attraverso i tessuti più rigidi, mentre le vibrazioni attraversano più lentamente through il tessuto più molle; quindi, la rigidezza del tessuto può essere risoluta. MRE è più comunemente usato individuare l'indurimento del tessuto del fegato ma più recentemente si è applicato ad altri tessuti come il cervello.

Questo studio ha il potenziale di rivoluzionare le malattie di cervello di studio degli scienziati di modo. Sviluppare una nuova tecnica di risonanza magnetica conta molto su fisica e principi di organizzazione, che sono aree in cui i ricercatori di NIBIB eccellono. I risultati sarebbero stati duri da raggiungere senza la collaborazione di questo gruppo degli esperti.„

Krishna Kandarpa, M.D., Ph.D., scienza del direttore di ricerca e direzioni strategiche, NIBIB

Sam Patz, Ph.D., un professore di radiologia alla facoltà di medicina di Harvard e ad un fisico al dipartimento dell'ospedale delle donne e di Brigham di radiologia, spiegato che la sua pianificazione iniziale era di usare MRE congiuntamente ad un altro metodo di MRI per studiare il tessuto della cicatrice nel polmone. “Non ho avuto esperienza di MRE, in modo da mi sono girato verso il mio collega che è un pioniere in MRE, Dott. Ralph Sinkus,„ ha detto Patz.

Sinkus, un professore di assistenza tecnica biomedica all'College Londra di re e l'autore co-corrispondente della scienza avanza la pubblicazione, Patz aiutato per installare la rappresentazione del polmone di MRE sperimenta nel suo laboratorio di Boston. Mentre il gruppo stava lavorando a lanciare gli esperimenti del polmone, si sono imbattuti nelle numerose complicazioni e decisivo era più facile da iniziare con il cervello del mouse. dovuto i loro risultati emozionanti, il gruppo ha continuato a studiare il cervello del mouse.

Patz e Sinkus sono stati esaltati con le prime immagini di MRE del cervello del mouse - erano di qualità eccellente. “Abbiamo osservato che la corteccia uditiva, che un mouse usa per sentire, era un po più rigido di altre parti della corteccia. Abbiamo cercato una risposta ma siamo venuto su a mani vuote,„ Patz specificato. “Abbiamo supposto che forse la corteccia uditiva avesse aumentato il flusso sanguigno dovuto il disturbo dallo scanner di MRI. L'idea era che i capillari della corteccia uditiva erano sotto ad alta pressione una volta stimolati; simile a quando accendete un tubo flessibile di giardino, il tubo flessibile ottiene più rigido.„

Patz ha continuato con gli esperimenti per confermare l'ipotesi bloccando uno, o entrambi i condotti uditivi di un mouse con un gel per mute il disturbo dallo scanner di MRI. “I risultati erano drammatici,„ Patz hanno esclamato. “Era chiaro che eliminare lo stimolo ha provocato tessuto più molle e che la variazione nella rigidezza era reale.„

Inizialmente, ha richiesto ai ricercatori circa 20 minuti per ottenere una scansione di MRE. Il gruppo è stato interessato che il molto tempo dello stimolo piombo ad una risposta diminuita dopo le esposizioni prolungate o ripetute, un fenomeno nominato come assuefazione.

Insieme Patz e Sinkus hanno funzionato per creare un nuovo protocollo di MRI per diminuire l'esigenza di molto tempo dello stimolo, di evitare l'assuefazione. Il nuovo metodo passa fra "ON" e gli stati dello stimolo di "OFF" che sono creati da un impulso elettrico consegnato all'arto posteriore di un mouse ogni nove secondi. Due immagini del cervello del mouse sono generate che corrispondono ad ogni stato dello stimolo e sono sottratte per mostrare i cambiamenti nella rigidezza del tessuto. Nove secondi concede abbastanza tempo per il flusso sanguigno nelle aree attivate del cervello di rispondere.

Inizialmente, il gruppo ha pensato che i cambiamenti nella rigidezza del tessuto fossero dovuto i cambiamenti nell'offerta di sangue, un'altra manifestazione di cui il fMRI tradizionale individua. Così, hanno deciso di passare fra i due stati dello stimolo molto più velocemente del sistema di sangue potrebbe rispondere. Notevolmente, i dati hanno esibito lo stesso cambiamento robusto nella rigidezza dopo un un-secondo stimolo ed i ricercatori hanno concluso i cambiamenti che avevano osservato nei mouse hanno avuti niente a che fare con flusso sanguigno.

Dopo questo risultato, i colleghi hanno invitato i ricercatori a provare ancora le velocità più veloci. I risultati pubblicati mostrano circa un cambiamento di 10% nella rigidezza anche dopo che gli stati dello stimolo sono stati variati ogni 100 millisecondi. Questi risultati sono il più vicino ai ricercatori in tempo reale della rappresentazione di cervello di MRI hanno raggiunto fin qui.

Ora, il gruppo sta passando per svolgere un simile studio in cervelli umani sani per stabilire una norma robusta. I risultati di preliminare dai cervelli umani mostrano le alterazioni nella rigidezza del tessuto nei periodi più brevi dei 24 millisecondi.

Una volta che la tecnologia è stata tradotta ad uso umano, le paia potranno studiare le malattie di cervello. La tecnica ha potuto fornire i nuovi modi di diagnostica e di comprensione della variazione di attività di cervello nelle malattie, quali Alzheimer, demenza, l'epilessia, o la sclerosi a placche.

Ulteriormente, la tecnologia può anche applicarsi ai malati di cancro con i grandi tumori cerebrali. A volte una grande massa tumorale bloccherà il flusso sanguigno che il fMRI tradizionale individua, in modo da non è possibile ottenere una buona immagine. Poiché i nuovi metodi non sono pensati per contare su flusso sanguigno, possono potere raggiungere le migliori immagini in questi pazienti e contribuire ad informare le strategie del trattamento.