Sondas en el cerebro en el autismo y el uso de resonancia magnética funcional de imágenes por tensor de difusión

El objetivo general del siguiente experimento es examinar las conexiones entre áreas cerebrales que son importantes para la cognición social en el autismo. Mediante el uso de resonancia magnética funcional y de imágenes por tensor de difusión del cerebro tanto en niños como en adultos con autismo, esto se logra mediante el diseño de experimentos de RMf adecuados y luego reclutando participantes autistas. Los participantes deben prepararse adecuadamente para el procedimiento con el fin de obtener imágenes cerebrales funcionales y estructurales de calidad.

Los experimentos funcionales se presentan al participante en el escáner de MRI mientras realiza una tarea predefinida. Las imágenes de RM adquiridas resultan en una cantidad relativamente grande de datos para cada experimento. Los datos de neuroimagen adquiridos se transfieren al servidor informático del laboratorio, luego se preprocesan y se someten a análisis estadístico mediante la creación de modelos.

Además del análisis básico de activación cerebral, se examina la conectividad funcional y anatómica en participantes con autismo y controles. Se obtienen resultados que muestran una activación reducida y una conectividad funcional más débil durante la cognición social en sujetos autistas. Además, el análisis de los datos de DTI indica una integridad anormal de la materia blanca en el autismo.

Este método puede responder preguntas importantes sobre la organización cerebral y el funcionamiento del cerebro en los trastornos del espectro autista y, potencialmente, en un futuro. Esto podría conducir a la identificación de un marcador neurológico para el autismo. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la terapia para el autismo, ya que la identificación de la conectividad alterada entre regiones cerebrales podría llevar al desarrollo de nuevas terapias que restablezcan esas conexiones.

Por lo tanto, aunque este método puede utilizarse para evaluar el cerebro autista, también puede aplicarse en otras técnicas, como el estudio de otros trastornos del neurodesarrollo, así como del desarrollo del cerebro típico. Debido a que es difícil introducir a los niños con autismo al escáner de RM, ya que constituye un entorno ruidoso al cual son sensibles, además de ser un espacio compacto y potencialmente claustrofóbico, y representar un entorno novedoso. La demostración visual de este método es fundamental para preparar a un niño con autismo.

La exploración con IRMF puede resultar difícil y muchas personas con autismo suelen ser pensadores visuales. Este procedimiento será demostrado por mis estudiantes de posgrado de mi laboratorio: Donna Murdo, Lauren Libro, Mark Pennick y Heather Wadsworth. Antes de la inscripción en el estudio, los participantes potenciales y sus familias, en el caso de sujetos menores, deben recibir primero una explicación sobre el estudio por teléfono.

Esto también debería incluir una evaluación para asegurar que el participante cumple con los criterios de inclusión del estudio. Si es elegible, el posible participante debe ser reclutado para una resonancia magnética en un día y hora que sean adecuados tanto para el participante como para los investigadores y el centro de imágenes. Envíe al sujeto una copia de la historia social sobre el procedimiento de resonancia magnética y un CD con la grabación del ruido del escáner.

Estos deben ser revisados con los padres en el caso de niños, con el fin de comprender mejor los procedimientos del estudio antes del día del escaneo y de hacer que el sujeto se sienta más cómodo con el entorno de resonancia magnética. Cuando el participante y su familia lleguen al centro de imágenes, recíbales y responde cualquier pregunta que puedan tener sobre el estudio y el procedimiento experimental. Luego, revisa los documentos del comité de ética (IRB) antes de obtener el consentimiento informado.

A continuación, lleve al participante a una habitación tranquila para realizar pruebas neuropsicológicas, que incluyan la capacidad lingüística del coeficiente intelectual y la lateralidad. Luego, haga que el participante practique versiones breves de los paradigmas del estudio en una computadora portátil para familiarizarse con los experimentos. Una vez completadas todas las pruebas y la práctica, lleve al participante a un escáner de MRI simulado y proporciónele una experiencia simulada del procedimiento de resonancia magnética.

Otro paso preparatorio consiste en decorar el escáner de MRI en el centro de imágenes con pegatinas e imágenes de animales y personajes de dibujos animados que se puedan quitar fácilmente, para hacer el entorno de escaneo más adecuado para niños. Cuando el participante regrese al centro de imágenes, permita un breve descanso y luego pídale que complete un cuestionario de seguridad para resonancia magnética. Antes de entrar en la sala de escaneo, coloque todas las pertenencias en un casillero y luego realice un control para detectar cualquier metal en el cuerpo.

Una vez completada la evaluación, lleve al participante a la sala de escaneo y pídale que se siente sobre la camilla del escáner; proporcione tapones para los oídos y auriculares antes de que el sujeto se acueste sobre la camilla. A continuación, un técnico de MRI debe colocar la bobina de cabeza multicanal sobre la cabeza del participante y ajustar el espejo adjunto para que pueda ver las imágenes mostradas en la pantalla del ordenador. Después, cubra al participante con una manta y proporcione cajas de respuesta para que las usen con la mano izquierda y derecha durante las tareas de FMRI.

También coloque la pelota de emergencia al alcance de la mano para que el sujeto pueda indicar si desea salir del escáner. Finalmente, el técnico de resonancia magnética introducirá la camilla del escáner en el interior del escáner y verificará que el sujeto esté cómodo antes de comenzar las adquisiciones. El técnico inicia la sesión de escaneo adquiriendo localizadores para asegurar que la cabeza del participante esté correctamente posicionada.

Luego se adquiere una exploración estructural de alta resolución, que se utilizará para la co-registración y la normalización. En análisis posteriores, para mantener entretenido al sujeto, el investigador puede presentar un fragmento de película al participante durante esta exploración. A continuación, configure los parámetros de imagen adecuados para el escáner y la secuencia de pulsos utilizada.

El investigador debe ayudar al tecnólogo a prescribir los cortes para la imagen funcional. Aquí, se prescriben 17 cortes de cinco milímetros en el plano axial oblicuo para permitir la máxima cobertura de todo el cerebro. Ahora hable a través del micrófono para informar al sujeto que el experimento está a punto de comenzar y dé instrucciones para la tarea que se realizará.

También abra la tarea experimental en la computadora, que debe estar sincronizada para comenzar con una señal proveniente del escáner. El participante debe presionar un botón para iniciar el experimento y la adquisición cuando esté listo para comenzar las tareas experimentales. Las tareas pueden incluir estímulos visuales estáticos y dinámicos, así como estímulos auditivos, que se muestran y programan aquí mediante el software ePrime. Asegúrese de supervisar las respuestas del participante, ya que estas se registran y muestran en la pantalla de la computadora.

Después del primer experimento, hable con el participante y bríndele comentarios sobre el desempeño en la tarea y el movimiento de la cabeza, y prepárelo o prepárela para el siguiente experimento que se realizará. Cuando se hayan completado todos los experimentos de FMRI, el investigador debe indicarle al sujeto que simplemente permanezca inmóvil durante aproximadamente 12 minutos, mientras se adquiere una exploración de DTI; en este momento, se puede volver a mostrar un segmento de una película para entretenerlo. Una vez finalizada toda la exploración, saque al participante del escáner y permítale recuperar sus pertenencias que puedan haberse colocado en el casillero.

Luego, guíelo o guíela a una habitación tranquila para una breve sesión de desbriefing. Durante la sesión de desbriefing, pregunte al participante sobre su desempeño en el escáner, sus comentarios sobre el nivel de dificultad de las tareas, así como cualquier problema o inquietud que pueda haber surgido. Asimismo, asegúrese de agradecer al sujeto por su participación en el estudio.

Mientras tanto, el técnico de RM debe cargar todos los datos de MRI y DTI adquiridos en una red informática protegida por HIPAA. Posteriormente, el investigador puede acceder a esta red mediante una contraseña para obtener y transferir los datos a un servidor de investigación. Antes del análisis, los datos adquiridos deben ser anonimizados mediante la eliminación de cualquier información identificable, como el nombre y la fecha de nacimiento, del encabezado de la imagen.

Luego convierta los datos al formato de imagen nifty para comenzar el procesamiento funcional. Tanto el preprocesamiento como el posprocesamiento de los datos pueden realizarse mediante software como el mapeo paramétrico estadístico o SPM eight. La conectividad funcional para una tarea determinada debe medirse entonces dibujando primero regiones de interés y extrayendo la serie temporal de la señal de FMRI de cada ROI para cada participante.

Luego, correlacione la señal de una ROI con la otra. La conectividad anatómica también puede examinarse utilizando los datos de DTI adquiridos y el software FSL. El análisis preliminar con dicho software examina la difusión del agua en el cerebro y la utiliza como un índice de la integridad de la materia blanca.

Un análisis adicional puede incluir la tractografía de la sustancia blanca, en la cual se infieren los detalles sobre la orientación y la estructura de los tractos. Aquí se pueden observar mapas funcionales representativos con una activación aumentada, como la observada en una tarea típica de lenguaje, tal como la comprensión de oraciones. Las activaciones aparecen en el giro frontal inferior izquierdo y en el surco temporal superior posterior izquierdo; se puede observar una activación aumentada en los surcos temporales superiores posteriores bilaterales en participantes neurotípicos durante la atribución de estados mentales.

Para otros, estos mapas están corregidos por FWE con un valor umbral de P menor a 0.05. Aquí observamos datos de una tarea de cognición social en participantes con autismo que indican una conectividad funcional significativamente reducida, lo que demuestra una sincronización de la activación cerebral entre regiones frontales y temporales. Finalmente, esta figura muestra los resultados de la tractografía por DTI que revelan un haz de fibras de sustancia blanca que se extiende desde el lóbulo temporal hasta la unión temporo-parietal.

El punto inicial de partida para la tractografía fue una ROI identificada mediante estadísticas espaciales basadas en seguimiento, que mostraba un valor de FA significativamente menor en adultos jóvenes con autismo en comparación con participantes controles típicos emparejados por edad. La neuroimagen pediátrica puede ser muy difícil, especialmente con niños con autismo, pero con suficiente práctica y preparación, estas técnicas de escaneo pueden llevarse a cabo con éxito. Al realizar escáneres de MRI con cualquier participante, pero particularmente con niños, es fundamental asegurarse de que la experiencia en el laboratorio sea agradable y positiva.

Los datos obtenidos siguiendo este procedimiento pueden utilizarse para responder preguntas relacionadas con las neurociencias. Además, con las hipótesis y los análisis adecuados, se puede utilizar esta información para aprender no solo sobre el cerebro, sino también sobre la relación entre el cerebro y el comportamiento. No olvide que el proceso de escaneo por resonancia magnética es extremadamente sensible al movimiento.

Además, se deben tomar precauciones para eliminar todo metal de los bolsillos y del cuerpo de los participantes antes de realizar el procedimiento. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo utilizar con éxito la neuroimagen para estudiar a los niños en general y a aquellos con trastornos del desarrollo como el autismo.