Sondando o cérebro no autismo utilizando fMRI e Difusão Tensor Imagem

O objetivo geral do seguinte experimento é examinar as conexões entre áreas cerebrais que são importantes para a cognição social na autismo. Utilizando ressonância magnética funcional e imagem de tensor de difusão do cérebro tanto em crianças quanto em adultos com autismo, isso é alcançado por meio do planejamento de experimentos de RMf apropriados e, em seguida, do recrutamento de participantes autistas. Os participantes devem ser adequadamente preparados para o procedimento, a fim de obter imagens cerebrais funcionais e estruturais de qualidade.

Os experimentos funcionais são apresentados ao participante no scanner de RM enquanto realiza uma tarefa predefinida. As imagens de RM adquiridas resultam em uma quantidade relativamente grande de dados para cada experimento. Os dados de neuroimagem adquiridos são transferidos para o servidor de computador do laboratório, onde são pré-processados e submetidos à análise estatística mediante a criação de modelos.

Além da análise básica de ativação cerebral, a conectividade funcional e anatômica é examinada em participantes autistas e controles. São obtidos resultados de fMRI que mostram ativação reduzida e conectividade funcional mais fraca durante a cognição social em indivíduos autistas. Além disso, a análise de dados de DTI indica integridade anormal da substância branca no autismo.

Este método pode responder perguntas importantes sobre a organização cerebral e o funcionamento do cérebro nos transtornos do espectro autista e, potencialmente, um dia. Isso pode levar à identificação de um marcador neurológico para o autismo. As implicações dessa técnica estendem-se para a terapia do autismo, pois a identificação de conectividade alterada entre regiões cerebrais poderia levar ao desenvolvimento de novas terapias que reestabeleçam essas conexões.

Embora este método possa ser usado para avaliar o cérebro autista, ele também pode ser aplicado em outras técnicas, como o estudo de outros transtornos neurodesenvolvimentais, bem como do desenvolvimento do cérebro típico. Como é difícil introduzir o scanner de RM a crianças com autismo, pois se trata de um ambiente barulhento, ao qual elas são sensíveis, além de ser um espaço compacto e potencialmente claustrofóbico, e ainda por ser um ambiente novo, a demonstração visual deste método é fundamental para preparar uma criança com autismo.

A ressonância magnética funcional pode ser difícil e muitas pessoas com autismo são geralmente pensadoras visuais. Demonstrarão este procedimento os meus alunos de pós-graduação do meu laboratório, Donna Murdo, Lauren Libro, Mark Pennick e Heather Wadsworth. Antes da inscrição no estudo, os participantes em potencial e a família, no caso de sujeitos crianças, devem primeiro ser informados sobre o estudo por telefone.

Isso também deve incluir uma triagem para garantir que o participante atenda aos critérios de inclusão do estudo. Se elegível, o participante em potencial deve então ser recrutado para um exame de ressonância magnética em um dia e horário convenientes tanto para o participante quanto para os pesquisadores e o centro de imagem. Envie ao sujeito uma cópia da história social sobre o procedimento de ressonância magnética e um CD com a gravação dos ruídos do aparelho de escaneamento.

Esses devem ser revisados com os pais no caso de crianças, a fim de compreender melhor os procedimentos do estudo antes do dia da varredura e para tornar o participante mais confortável com o ambiente de ressonância magnética. Quando o participante e a família chegarem ao centro de imagem, cumprimente-os e responda quaisquer perguntas que possam ter sobre o estudo e o procedimento experimental. Em seguida, revise os documentos do CEP antes de obter o consentimento informado.

Em seguida, leve o participante a uma sala silenciosa para a realização de testes neuropsicológicos, incluindo avaliação do QI, habilidade linguística e lateralidade. Depois, peça ao participante que pratique versões breves dos paradigmas do estudo em um computador portátil, para se familiarizar com os experimentos. Após a conclusão de todos os testes e prática, leve o participante a um simulador de ressonância magnética e ofereça uma experiência simulada do procedimento de imageamento por RM.

Outro passo preparatório é decorar o scanner de RM no centro de imagem com adesivos e imagens facilmente removíveis de animais e personagens de desenho animado para tornar o ambiente de aquisição de imagens mais agradável para crianças. Quando o participante retornar ao centro de imagem, permita um breve intervalo e, em seguida, peça-lhe que preencha um questionário de segurança em RM. Antes de entrar na sala de varredura, coloque todos os pertences em um armário e, depois, realize uma triagem para detectar quaisquer metais no corpo.

Após a conclusão da triagem, leve o participante até a sala de exame e peça a ele ou a ela que se sente na maca do escâner; forneça protetores auriculares e fones de ouvido antes de pedir ao sujeito que se deite na maca. Em seguida, um técnico de ressonância magnética deve posicionar a bobina de cabeça multicanal sobre a cabeça do participante e ajustar o espelho acoplado para que as imagens exibidas na tela do computador possam ser visualizadas. Depois, cubra o participante com um cobertor e forneça caixas de resposta para as mãos esquerda e direita, que serão utilizadas durante as tarefas de FMRI.

Coloque também a bola de emergência ao alcance da mão para que o participante possa sinalizar se deseja sair do escâner. Por fim, o técnico de ressonância magnética moverá a maca do escâner para dentro do túnel e verificará se o participante está confortável antes de iniciar os exames. O técnico inicia a sessão de escaneamento adquirindo localizadores para garantir que a cabeça do participante esteja corretamente posicionada.

Em seguida, é adquirida uma varredura estrutural de alta resolução, que será utilizada para co-registro e normalização. Na análise subsequente, para manter o participante entretido, o pesquisador pode apresentar um trecho de filme ao participante durante essa varredura. A seguir, configure os parâmetros de imagem apropriados para o scanner e a sequência de pulsos utilizada.

O pesquisador deve auxiliar o tecnólogo no planejamento dos cortes para a imagem funcional. Neste caso, 17 cortes de cinco milímetros são planejados no plano axial oblíquo para permitir a máxima cobertura de todo o cérebro. Agora, fale pelo microfone para informar ao voluntário que o experimento está prestes a começar e forneça as instruções para a tarefa que será realizada.

Também abra a tarefa experimental no computador, que deve ser sincronizada para iniciar com um gatilho proveniente do scanner. O participante deve pressionar um botão para iniciar o experimento e a aquisição quando estiver pronto para começar as tarefas experimentais, incluindo estímulos visuais estáticos e dinâmicos, bem como estímulos auditivos, que podem ser visualizados e programados aqui por meio do software ePrime. Certifique-se de monitorar as respostas do participante conforme são registradas e exibidas na tela do computador.

Após o primeiro experimento, converse com o participante e forneça feedback sobre o desempenho na tarefa e o movimento da cabeça, e prepare-o para o próximo experimento que será realizado. Quando todos os experimentos de FMRI forem concluídos, o pesquisador deve instruir o sujeito a permanecer simplesmente imóvel por cerca de 12 minutos, enquanto uma imagem de DTI é adquirida; nesse momento, um trecho de filme pode novamente ser exibido para entretenimento. Após a conclusão de todos os exames de imagem, retire o participante do escâner e permita que ele recupere quaisquer pertences que possam ter sido colocados no armário.

Em seguida, conduza-o ou conduza-a a uma sala tranquila para uma breve sessão de desbriefing. Durante a sessão de desbriefing, pergunte ao participante sobre o seu desempenho no scanner, sobre o nível de dificuldade das tarefas e quaisquer problemas ou preocupações que possam ter surgido. Além disso, certifique-se de agradecer ao participante pela sua colaboração no estudo.

Enquanto isso, o tecnólogo em RM deve fazer o upload de todos os dados de RMI e DTI adquiridos em uma rede de computadores protegida pelo HIPAA. O pesquisador poderá então acessar essa rede posteriormente, mediante senha, para acessar e transferir os dados para um servidor de pesquisa. Antes da análise, os dados adquiridos devem ser anonimizados mediante a remoção de qualquer informação identificável, como nome e data de nascimento, do cabeçalho da imagem.

Em seguida, converta os dados para o formato de imagem nifty para iniciar o processamento funcional. Tanto o pré quanto o pós-processamento dos dados podem ser realizados por meio de softwares como o mapeamento paramétrico estatístico ou SPM eight. A conectividade funcional para uma tarefa específica deve então ser medida desenhando primeiramente regiões de interesse e extraindo a série temporal do sinal FMRI de cada ROI para cada participante.

Em seguida, correlacione o sinal de uma ROI com a outra. A conectividade anatômica também pode ser examinada utilizando os dados de DTI adquiridos e o software FSL. A análise preliminar com esse software examina a difusão da água no cérebro e a utiliza como um índice da integridade da substância branca.

Uma análise adicional pode envolver a tractografia da substância branca, na qual são inferidos os detalhes sobre a orientação e a estrutura dos tractos. Aqui, podem ser observados mapas funcionais representativos com aumento da ativação, como visto em uma tarefa típica de linguagem, tal como a compreensão de frases. As ativações aparecem no giro frontal inferior esquerdo e no sulco temporal superior posterior esquerdo; pode-se observar também aumento da ativação nos sulcos temporais superiores posteriores bilaterais em participantes neurotípicos durante a atribuição de estados mentais.

Para outros, esses mapas são corrigidos por FWE com um valor de P limiar inferior a 0,05. Aqui observamos dados de uma tarefa de cognição social em participantes com autismo, que mostram conectividade funcional significativamente reduzida, indicando que a sincronização da ativação cerebral entre regiões frontais e temporais está comprometida. Por fim, esta figura demonstra os resultados da tractografia por DTI, mostrando um feixe de fibras de substância branca que se estende do lobo temporal até a junção temporoparietal.

O ponto inicial para a tractografia foi uma ROI identificada por estatísticas espaciais baseadas em trilhos, que apresentava um valor de FA significativamente menor em adultos jovens com autismo em comparação com participantes controles típicos pareados por idade. A neuroimagem pediátrica pode ser muito difícil, especialmente com crianças com autismo, mas com prática e preparo suficientes, essas técnicas de aquisição podem ser realizadas com sucesso. Ao realizar exames de RM com qualquer participante, mas particularmente com crianças, é importante garantir que a experiência no laboratório seja agradável e positiva.

Os dados obtidos ao seguir este procedimento podem ser usados para responder perguntas relacionadas à neurociência. Além disso, com as hipóteses e análises adequadas, pode-se utilizar essas informações para aprender não apenas sobre o cérebro, mas também sobre a relação entre o cérebro e o comportamento. Não se esqueça de que o processo de varredura por ressonância magnética é extremamente sensível a movimentos.

Além disso, precauções devem ser tomadas para remover todo metal dos bolsos e do corpo dos participantes antes de realizar o procedimento. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como utilizar com sucesso a neuroimagem para estudar crianças em geral e crianças com transtornos do desenvolvimento, como o autismo.