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La nueva técnica de MRI captura imagen de un pensamiento del cerebro

Las personas internacionales de investigadores con el apoyo parcial del instituto nacional de la proyección de imagen y de la bioingeniería biomédicas (NIBIB) desarrollaron una nueva técnica de MRI que puede capturar una imagen de un cerebro que piensa midiendo cambios en rigidez del tejido. Los resultados muestran que la función del cerebro se puede rastrear en escala de tiempo de 100 milisegundos - 60 métodos que anteriores de las épocas más rápidamente. La técnica podía verter la nueva luz en actividad neuronal alterada en enfermedades de cerebro.

El cerebro humano responde casi inmediatamente a los estímulos, pero las técnicas de proyección de imagen no invasores no han podido guardar paso con el cerebro. Actualmente, varios métodos no invasores de las imágenes cerebrales miden la función del cerebro, pero todos tienen limitaciones. Lo más común posible, los clínicos y los investigadores utilizan proyección de imagen de resonancia magnética funcional (fMRI) para medir actividad cerebral vía fluctuaciones en niveles del oxígeno de la sangre. Sin embargo, mucha información vital de la actividad cerebral se pierde usando fMRI porque los niveles del oxígeno de la sangre tardan cerca de seis segundos para responder a un estímulo.

Desde mediados de 1990 s, investigadores ha podido generar mapas de la rigidez del tejido usando un analizador de MRI, con una técnica no invasor llamada elastography de resonancia magnética (MRE). La rigidez del tejido no se puede medir directamente, tan en lugar de otro el uso MRE de los investigadores de medir la velocidad a la cual las vibraciones mecánicas viajan a través de tejido. Las vibraciones se mueven más rápidamente a través de tejidos más rígidos, mientras que las vibraciones viajan a través de un tejido más suave más despacio; por lo tanto, la rigidez del tejido puede ser resuelta. MRE es el más de uso general descubrir el endurecimiento del tejido del hígado pero se ha aplicado más recientemente a otros tejidos como el cerebro.

Este estudio tiene el potencial de revolucionar las enfermedades de cerebro del estudio de los científicos de la manera. Desarrollar una nueva técnica de MRI confía pesado en la física y los principios el dirigir, que son las áreas en las cuales los investigadores de NIBIB sobresalen. Los resultados habrían sido duros de lograr sin la colaboración de estas personas de expertos.”

Krishna Kandarpa, M.D., Ph.D., ciencia y direcciones estratégicas, NIBIB del director de investigación

Sam Patz, Ph.D., profesor de la radiología en la Facultad de Medicina de Harvard y un físico en el departamento de Brigham y del hospital de las mujeres de la radiología, explicado que su plan inicial era utilizar MRE conjuntamente con otro método de MRI para estudiar el tejido de la cicatriz en el pulmón. “No tenía experiencia con MRE, así que giré a mi colega que es un pionero en MRE, el Dr. Rafael Sinkus,” dijo a Patz.

Sinkus, un profesor de la ingeniería biomédica en College Londres de rey y el autor co-correspondiente de la ciencia avance la publicación, Patz ayudado para fijar la proyección de imagen del pulmón de MRE experimenta en su laboratorio de Boston. Mientras que las personas trabajaban en poner en marcha los experimentos del pulmón, se ejecutaron en complicaciones numerosas y decidido le era más fácil de comenzar con el cerebro del ratón. Debido a sus resultados emocionantes, las personas continuaron estudiar el cerebro del ratón.

Patz y Sinkus fueron regocijados con las primeras imágenes de MRE del cerebro del ratón - estaban de calidad excelente. “Observamos que la corteza auditiva, que un ratón utiliza para oír, era una broca más rígida que otras piezas de la corteza. Exploramos para una respuesta pero subimos con las manos vacías,” Patz declarado. “Presumimos que quizás la corteza auditiva había aumentado el flujo de sangre debido al ruido del analizador de MRI. La idea era que los capilares de la corteza auditiva estaban bajo de alta presión cuando estaban estimulados; similar a cuando usted gira un manguito de jardín, el manguito consigue más rígido.”

Patz siguió con experimentos para confirmar la hipótesis cegando uno, o ambos canales del oído de un ratón con un gel para acallar el ruido del analizador de MRI. “Los resultados eran dramáticos,” Patz clamó contra. “Estaba sin obstrucción que la eliminación del estímulo dio lugar a un tejido más suave, y que la variación en rigidez era real.”

Inicialmente, tardó a investigadores cerca de 20 minutos para obtener una exploración de MRE. Trataron a las personas que el tiempo largo del estímulo llevaría a una reacción reducida después de las exposiciones prolongadas o relanzadas, un fenómeno nombrado como habituación.

Junto Patz y Sinkus trabajaron para crear un nuevo protocolo de MRI para reducir la necesidad por un tiempo largo del estímulo, para evitar la habituación. El nuevo método cambia entre "ON" y los estados del estímulo de "OFF" que sean creados por un impulso eléctrico entregado al limbo trasero de un ratón cada nueve segundos. Dos imágenes del cerebro del ratón se generan que corresponden a cada estado del estímulo y se restan para mostrar cambios en rigidez del tejido. Nueve segundos dan un plazo de suficiente tiempo para el flujo de sangre en las áreas activadas del cerebro de responder.

Al principio, las personas pensaron que los cambios en rigidez del tejido eran debido a los cambios en el abastecimiento de sangre, otra manifestación de lo que descubre el fMRI tradicional. Así pues, decidían a cambiar entre los dos estados del estímulo mucho más rápidamente que el sistema de la sangre podría responder. Notable, los datos exhibieron el mismo cambio robusto en rigidez después de un uno-segundo estímulo, y los investigadores concluyeron los cambios que habían observado en los ratones no tenían nada hacer con el flujo de sangre.

Después de este resultado, los colegas impulsaron a los investigadores intentar incluso velocidades más rápidas. Los resultados publicados muestran alrededor de un cambio del 10% en rigidez incluso después los estados del estímulo fueron variados cada 100 milisegundos. Estos resultados están los más cercanos a los investigadores en tiempo real de las imágenes cerebrales de MRI han logrado hasta la fecha.

Ahora, el grupo se está moviendo conectado para realizar un estudio similar en cerebros humanos sanos para establecer un protocolo robusto. Los resultados del preliminar de cerebros humanos muestran cambios en rigidez del tejido en las épocas más cortas que 24 milisegundos.

Una vez que la tecnología se ha traducido al uso humano, los pares podrán investigar enfermedades de cerebro. La técnica podía ofrecer nuevas maneras de diagnosticar y de entender la variación de la actividad cerebral en enfermedades, tales como Alzheimer, demencia, epilepsia, o esclerosis múltiple.

Además, la tecnología se puede también aplicar a los enfermos de cáncer con tumores cerebrales grandes. Una masa de tumor grande cegará a veces el flujo de sangre que el fMRI tradicional descubre, así que no es posible obtener una buena imagen. Puesto que los nuevos métodos no se piensan para confiar en el flujo de sangre, pueden poder lograr mejores imágenes en estos pacientes y ayudar a informar a estrategias del tratamiento.