Extrinsic functional connectivity of the default mode network in crack-cocaine users / A conectividade funcional extrínseca da rede de modo padrão em usuários de crack-cocaína

Abstract Objective: This study aimed to explore the functional connectivity of the default mode network (DMN) in crack-cocaine users, in comparison with that observed in age-matched non-drug-using controls. Materials and Methods: Inpatient crack-cocaine users who had been abstinent for at least four weeks and age-matched non-drug-using controls underwent resting state functional magnetic resonance imaging. Images were acquired while the subjects rested with their eyes closed. After data preprocessing, DMNs were defined by spatial independent component analysis and seed-based correlation analysis, by chosen regions of interest centered in the ventral anterior cingulate cortex and in the posterior cingulate cortex. Results: The functional connectivity of the DMN determined by independent component analysis did not differ between the crack-cocaine users and the controls. However, the seed-based correlation analysis seeking a single metric of functional connectivity between specific brain regions showed that the negative connectivity between the ventral anterior cingulate cortex and the left superior parietal lobule was significantly greater in the crack-cocaine users than in the controls. Conclusion: The results suggest that selective extrinsic network connectivity of the DMN related to motor and executive function is impaired during crack-cocaine addiction.

Resumo Objetivo: Este estudo teve como objetivo explorar a conectividade funcional da rede de modo padrão em usuários de crack-cocaína comparando-a a controles não usuários da mesma faixa etária. Materiais e Métodos: Usuários de crack-cocaína internados em abstinência por pelo menos quatro semanas e controles não usuários pareados por idade foram submetidos a ressonância magnética funcional em estado de repouso, enquanto descansavam com os olhos fechados. Depois do pré-processamento de dados, a rede de modo padrão foi definida por análise espacial de componentes independentes e análise de correlação baseada em sementes, por regiões de interesse centradas no córtex cingulado anterior ventral e no córtex cingulado posterior. Resultados: A conectividade funcional analisada por componentes independentes não foi diferente entre os usuários de crack- cocaína e os controles pareados por idade. No entanto, a análise de correlação baseada em sementes à procura de uma conectividade funcional métrica única entre regiões específicas do cérebro mostrou uma negatividade significativamente maior da conectividade entre o córtex cingulado anterior ventral e o lóbulo parietal superior esquerdo, quando comparada a controles pareados por idade. Conclusão: Os resultados sugerem que conectividades extrínsecas seletivas da rede de modo padrão relacionadas a funções motoras e executivas podem estar comprometidas na dependência de crack-cocaína.

Causes, effects and connectivity changes in MS-related cognitive decline / Causas, efeitos e alterações de conectividade no declínio relacionado à esclerose múltipla

Cognitive decline is a frequent but undervalued aspect of multiple sclerosis (MS). Currently, it remains unclear what the strongest determinants of cognitive dysfunction are, with grey matter damage most directly related to cognitive impairment. Multi-parametric studies seem to indicate that individual factors of MS-pathology are highly interdependent causes of grey matter atrophy and permanent brain damage. They are associated with intermediate functional effects (e.g. in functional MRI) representing a balance between disconnection and (mal) adaptive connectivity changes. Therefore, a more comprehensive MRI approach is warranted, aiming to link structural changes with functional brain organization. To better understand the disconnection syndromes and cognitive decline in MS, this paper reviews the associations between MRI metrics and cognitive performance, by discussing the interactions between multiple facets of MS pathology as determinants of brain damage and how they affect network efficiency.

Declínio cognitivo é uma situação frequente mas ainda pouco compreendida na esclerose múltipla (EM). Atualmente, não são totalmente conhecidos os principais determinantes da disfunção cognitiva na doença, tendo sido apontadas fortes associações entre danos à substância cinzenta e declínio cognitivo. Estudos multiparamétricos mostram que os diferentes fatores patológicos da EM participam como causas interdependentes de atrofia da substância cinzenta e dano cerebral permanente. Eles são associados a efeitos funcionais intermediários (detectados por RM funcional) representando um equilíbrio entre desconexão cerebral e alterações (mal) adaptativas. Portanto, uma abordagem de imagem mais abrangente é necessária, com o objetivo de encontrar associações entre alterações estruturais e a organização funcional cerebral. Para melhor compreender o declínio cognitivo na EM, esse artigo propões uma revisão dos principais métodos de imagem por RM e suas correlações com função cognitiva, discutindo as múltiplas faces patológicas da EM e seu impacto na eficiência das redes neurais.

Nova metodologia de Doppler transcraniano funcional durante tarefa motora unimanual / New methodology for functional transcranial Doppler during an unimanual motor task

INTRODUÇÃO: O Doppler Transcraniano funcional pode avaliar mudanças na velocidade do fluxo sanguíneo encefálico associadas a tarefas cognitivas e/ou sensitivo-motoras. Mede de maneira indireta a atividade metabólica de regiões cerebrais, segundo o princípio do acoplamento neurovascular. Os objetivos deste estudo foram: desenvolver um novo método de análise de Doppler transcraniano funcional para análise da lateralização hemisférica e verificar a capacidade deste novo método em diferenciar a lateralização hemisférica durante a execução de uma tarefa motora unimanual por indivíduos saudáveis. Adicionalmente, a lateralização hemisférica foi correlacionada com a preferência manual nestes indivíduos. MÉTODOS: Treze indivíduos saudáveis foram submetidos a um exame de Doppler transcraniano funcional durante uma prova de ativação motora manual (oposição de dedos). As sessões de Doppler transcraniano funcional foram realizadas com aparelho Doppler-Box Transcranial Doppler Unit. A prova manual compreendeu uma sequência de movimentos de oposição do primeiro e segundo dedos (thumb-tofinger opposition movement) realizado por uma mão e depois pela outra, em uma frequência de 1 movimento por segundo (1Hz) fornecida por um metrônomo digital. Durante a execução dos movimentos, foram insonadas simultaneamente as artérias cerebrais médias direita e esquerda. Para interpretação dos dados de Doppler transcraniano funcional desenvolvemos um novo programa de análise denominado FDAT, que tem vantagens de sofrer mínima influência de artefatos de ruído no sinal e de não assumir um formato pré-determinado da resposta hemodinâmica cerebral. Foi calculado um índice de lateralização (IL) como a diferença entre a velocidade relativa média da época de ativação e a velocidade relativa média da época de repouso para cada prova motora. Foi calculada a diferença dos valores de IL (ILe - ILd) provenientes da análise com cada método, obtendo-se um índice de ativação, próprio de cada sujeito...

INTRODUCTION: Functional transcranial Doppler is a method for the assessment of changes in blood flow velocity of the middle cerebral artery. An asymmetric increase in blood flow velocity is a marker of hemispheric lateralization during unimanual motor task erformance. The aims of this study were to propose a novel and efficient method for functional transcranial Doppler analysis based on cubic smoothing splines, and to verify the ability of this method to identify hemispheric lateralization during unimanual motor task performance in healthy subjects. In addition, hemispheric lateralization was correlated with handedness in these subjects. METHODS: Thirteen healthy subjects participated in the study. Blood flow velocities in the right and left middle cerebral arteries were recorded using functional transcranial Doppler during a finger-tapping task with either the right or left hand. Data were analyzed with a multi-step new method that included: baseline determination, raw data normalization, smoothing, lateralization Index calculation, definition of rest and motor task epochs and activation Index calculation. A positive activation Index reflects right-hemisphere lateralization and a negative activation index, left hemisphere lateralization. RESULTS: There was a statistically significant difference between the activation index obtained during right or left hand movements (p=0.02). Hand dominance was significantly correlated with asymmetry in hemispheric lateralization assessed with functional transcranial Doppler (rho = 0.85, p<0.001). CONCLUSIONS: This novel method for functional transcranial Doppler analysis was capable to assess the hemispheric lateralization during motor task performance, and correlated well with handedness. It is a practical, non-invasive and unexpensive tool for the assessment of hemispheric lateralization.

Neurovascular coupling and functional neuroimaging in epilepsy / Acoplamento neurovascular e neuroimagem funcional em epilepsia

INTRODUCTION: The neural regulation of the microcirculation is done by the functional neurovascular unit that is composed of vascular, astroglial and neuronal cells. The neurovascular unit represents the interface between the Central Nervous System and the Vascular System. OBJECTIVE: This paper reviews the literature on functional neuroimaging with a particular focus on the mechanisms of the neurovascular coupling. CONCLUSIONS: Functional neuroimaging techniques as functional MRI, SPECT and PET distinguish metabolic and physiological processes underlying normal and abnormal events, based on neurovascular coupling. Although these techniques still have limitations in temporal and spatial resolution, they have considerably reduced the need for intracranial electrodes or invasive functional tests in the presurgical evaluation for intractable epilepsy. Recently, new techniques as optical approaches (measurement of intrinsic optical signals and near infrared spectroscopy) have increased both temporal and spatial resolutions. The use of such techniques in animal models has yielded experimental evidence for a neurovascular coupling in normal and epileptic conditions.

INTRODUÇÃO: A regulação da microcirculação cerebral é realizada pela unidade neurovascular, que é composta por vasos sangüíneos, células astrogliais e neuronais. A unidade neurovascular representa a interface funcional entre o Sistema Nervoso Central e o sistema vascular. OBJETIVO: Este trabalho revisa a literatura sobre técnicas de neuroimagem funcional com especial enfoque nos mecanismos do acoplamento neurovascular. CONCLUSÃO: Técnicas de neuroimagem como a Ressonância Magnética funcional, SPECT e PET baseiam-se no acoplamento neurovascular para explorarem os processos metabólicos e fisiológicos subjacentes a eventos cerebrais normais e anormais. Embora estas técnicas apresentem limitações de resolução temporal e espacial, sua aplicabilidade em epilepsia tem reduzido consideravelmente a necessidade de eletrodos intracranianos e de outros métodos funcionais invasivos na avaliação pré-cirúrgica de pacientes com epilepsia intratável. Recentemente, novos procedimentos ópticos (mensuração do sinal intrínseco óptico e espectroscopia por raio infravermelho) que possuem excelente resolução espacial e temporal têm fornecido evidências experimentais do acoplamento neurovascular no cérebro normal e epiléptico.

Voxel-based investigations of regional cerebral blood flow abnormalities in Alzheimer's disease using a single-detector SPECT system

PURPOSE: To evaluate the feasibility of using the Statistical Parametric Mapping (SPM) program for an automated, voxel-by-voxel assessment of regional cerebral blood flow (rCBF) deficits in Alzheimer's disease (AD) subjects relative to age-matched controls studied with a conventional, single-detector SPECT system. METHODS: We used a databank of 99mTc-HMPAO images of 19 patients with a diagnosis of probable AD and 15 elderly healthy volunteers; data were acquired using an Orbiter-Siemens single-detector SPECT system. Using SPM, images were transformed spatially, smoothed (12mm), and the data were compared on a voxel-by-voxel basis with t-tests. RESULTS: There were significant rCBF reductions in AD patients relative to controls involving regions predicted a priori to be affected in AD, namely the left temporal and parietal neocortices, and the right posterior cingulate gyrus (p<0.05, corrected for multiple comparisons). DISCUSSION: The location of rCBF reductions in AD subjects in our study is consistent with the deficits detected in previous functional imaging studies of AD using higher-resolution devices. This suggests the potential usefulness of using SPM for the analysis of data acquired with single-detector SPECT systems, despite the limited sensitivity and spatial resolution of such equipment.

OBJETIVO: Avaliar a viabilidade de emprego do programa Statistical Parametric Mapping (SPM) para investigar de forma automatizada, voxel-a-voxel, a presença de déficits de fluxo sanguíneo cerebral regional (FSCr) em pacientes com doença de Alzheimer (DA) comparados a sujeitos-controle pareados para idade, usando imagens de SPECT adquiridas com um equipamento convencional de detector único. MÉTODOS: Foi utilizado um banco de imagens adquiridas após injeção de 99mTc-HMPAO em 19 pacientes com diagnóstico provável de DA e 15 voluntários idosos saudáveis, usando um equipamento de SPECT Orbiter-Siemens de detector único. Empregando o programa SPM, as imagens foram transformadas espacialmente, suavizadas (12mm FWHM), e comparadas estatisticamente voxel-a-voxel entre os dois grupos, usando o teste de T. RESULTADOS: Foram identificadas reduções significativas de FSCr nos pacientes com DA comparados aos controles em regiões previstas a priori como afetadas por esta forma de demência, quais sejam os neocórtices temporal e parietal em hemisfério esquerdo e o cíngulo posterior direito (p<0,05, corrigido para comparações múltiplas). DISCUSSÃO: A localização dos focos de redução de FSCr em pacientes com DA no nosso estudo é, de forma geral, consistente com os achados de déficits cerebrais detectados em estudos anteriores de neuroimagem funcional na DA realizados com equipamentos de resolução espacial mais alta. Isto sugere o potencial de utilidade do programa SPM para a análise de dados de SPECT adquiridos com equipamentos de detector único, apesar da sensibilidade e resolução espacial limitadas de tais aparelhos.