Técnicas de Neuroimagenología en la Cuantificación de la Neuroplasticidad en Pacientes con Enfermedad Vascular Cerebral / Neuroimaging Techniques for Neuroplasticity Quantification in Stroke Patients

RESUMEN Las técnicas de neuroimagenología otorgan información relevante del estado funcional y anatómico del cerebro humano. Esta información es particularmente importante cuando existe una lesión cerebral causada por alguna patología, tal como la enfermedad vascular cerebral (EVC). En pacientes afectados por esta enfermedad, se ha determinado que la neuroplasticidad es el mecanismo principal de recuperación de la función motora perdida. Debido a la alta prevalencia de la EVC a nivel mundial y especialmente en países en vías de desarrollo, es necesario continuar investigando los mecanismos de recuperación involucrados en esta patología. La resonancia magnética funcional (RMF) y la imagenología por tensor de difusión (ITD) son dos de las técnicas de neuroimagenología más utilizadas con este fin. La RMF permite analizar la actividad neuronal generada al ejecutar tareas de movimiento, mientras que la ITD proporciona información estructural de la anatomía cerebral. En esta revisión narrativa, se presentan diversos estudios que han utilizado estas técnicas de neuroimagenología en la cuantificación de los cambios de neuroplasticidad en pacientes con EVC tras participar en algún programa de neurorrehabilitación. Comprender mejor estos cambios de neuroplasticidad permitiría diseñar esquemas de rehabilitación que proporcionen un mayor beneficio a los pacientes con EVC.

ABSTRACT Neuroimaging techniques provide relevant information of the functional and anatomical status of the human brain. This information is of particular importance when a pathology, like stroke, produces a brain injury. In stroke patients, it has been determined that neuroplasticity is the primary recovery mechanism of the lost motor function. Due to worldwide high prevalence, especially in developing countries, it is necessary to continue the research of the recovery mechanisms involved in this pathology. To this end, functional magnetic resonance imaging (fMRI) and diffusion tensor imaging (DTI) are two of the most used neuroimaging techniques. In stroke patients, fMRI allows the analysis of the neural activity produced by the execution of motor tasks, whereas DTI provides structural information of the brain anatomy. In this narrative review, multiple studies that employ these neuroimaging techniques for quantification of neuroplasticity changes in stroke patients after undergoing a neurorehabilitation program are presented. Better understanding of these neuroplasticity changes would allow researchers to design and provide more beneficial rehabilitation schemes to stroke patients.

Correlación entre estado emocional y activación funcional mediante resonancia magnética / Correlation between emotional state and functional activation with magnetic resonance imaging

Resumen Objetivo: Explorar si voluntarios sanos presentarían correlación entre su puntaje en un test psicológico emocional y las activaciones de áreas cerebrales relacionadas con las emociones medidas con resonancia magnética funcional (RMf). Material y métodos: Estudio exploratorio de prueba diagnóstica, prospectivo, con diseño del propio individuo como control, con muestra de 12 participantes. Se categorizó a cada participante con un puntaje de estabilidad emocional derivado de un test psicológico y se utilizaron estímulos emocionales audiovisuales durante las adquisiciones de RMf. Resultados: La sumatoria de clusters de activación medidos en cantidad total de vóxeles durante los estímulos negativos en áreas cerebrales relacionadas con las emociones mostró una correlación negativa estadísticamente significativa para nuestro tamaño de muestra respecto de los puntajes en el test emocional, con rho de Spearman de −0,623 y p = 0,0428. Conclusiones: Los paradigmas de RMf utilizados permitieron cuantificar las activaciones cerebrales ante estímulos emocionales de valencia positiva y negativa, y los resultados obtenidos abren una perspectiva hacia la posibilidad de utilizar test psicológicos y secuencias de RMf para predecir la posibilidad de aparición de síntomas de patologías psicológicas o psiquiátricas ante factores desencadenantes en población sana que presente en estos test valores cercanos al límite de la normalidad.

Abstract Objective: To explore if healthy volunteers would present a correlation between their score in emotional psychological test and the activations of brain areas related to emotions measured with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Material and methods: Exploratory study of a prospective diagnostic test, with the individual’s own design as a control, with a sample of 12 participants. Each participant was categorized with an emotional stability score derived from a psychological test and audiovisual emotional stimuli were used during fMRI acquisitions. Results: The sum of activation clusters measured in total number of voxels during negative stimuli in brain areas related to emotions showed a statistically significant negative correlation for our sample size with respect to the scores in the emotional test, with Spearman’s rho of −0.623 and p = 0.0428. Conclusions: The fMRI paradigms used made it possible to quantify brain activations in response to emotional stimuli of positive and negative valence, and the results obtained open a perspective towards the possibility of using psychological tests and fMRI sequences to predict the possibility of the appearance of symptoms of psychological or psychiatric pathologies in response to triggering factors in a healthy population that present values close to the normal limit in these tests.

Impacto pronóstico de la utilización intensiva de tecnologías complementarias intraoperatorias en gliomas cerebrales. Revisión de la literatura y presentación de 1 caso

Introducción: El manejo de los gliomas cerebrales durante las últimas cuatro décadas ha sufrido cambios relevantes en su estudio y tratamiento. Dentro de estos cambios se encuentra el desarrollo de técnicas imagenológicas, neurofisiológicas e histopatológicas. El presente trabajo intenta estimar el impacto que la utilización de dichas tecnologías ha tenido sobre el pronóstico de los pacientes. Material y método: Revisión exhaustiva de la literatura en medios digitales e impresos abarcando mayormente publicaciones y comunicaciones desde la década de 1980 hasta el presente. Se expone 1 caso sometido recientemente a cirugía por los autores en el que se utilizaron varias de estas herramientas, presentando el análisis que se llevó a cabo en la planificación quirúrgica. Resultados: La literatura muestra mejorías consistentes pero discretas en el pronóstico asociado al uso de tecnologías complementarias intraoperatorias en gliomas cerebrales, relacionadas a la ayuda que prestarían en la extensión de la resección tumoral y en la preservación funcional. Conclusiones: La utilización intensiva de las tecnologías complementarias descritas parece recomendable si la planificación quirúrgica anticipa beneficios fundados en cuanto a morbi-mortalidad para un paciente en particular. Se debe ser cauto en anticipar y generalizar el impacto pronóstico global que puedan tener, beneficio que es consistente en la literatura pero que en estos momentos parece modesto en términos generales en especial para gliomas de alto grado.

Introduction: The management of cerebral gliomas during the last four decades has undergone relevant changes in terms of its study and treatment. Among these changes is the development of imaging, neurophysiological and histopathological techniques. The present study attempts to estimate the impact that the use of these technologies has had on the prognosis of patients. Material and Method: Comprehensive review of the literature in digital and print media covering mostly publications and communications from the 1980s to the present. 1 case recently submitted to surgery by the authors in which several of these tools were used is exposed, presenting the analysis that was carried out in the surgical planning. Results: The literature shows consistent but discrete improvements in the prognosis associated with the use of intraoperative complementary technologies in cerebral gliomas, related to the help they would provide in the extension of tumor resection and functional preservation. Conclusions: The intensive use of the complementary technologies described seems advisable if surgical planning anticipates well-founded benefits in terms of morbidity and mortality for a particular patient. Caution should be exercised in anticipating and generalizing the global prognostic impact they may have, a benefit that is consistent in the literature but currently seems modest in general terms especially for high grade gliomas.

Practical aspects of functional mri in clinical examinations / Aspectos práticos de rm funcional em exames clínicos / Aspectos prácticos de la rm funcional en los exámenes clínicos

The eloquent cerebral cortices are involved in movement, sensation, speech, vision, and higher cortical functions. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) allows the evaluation of brain function, aiding in neurosurgical planning by mapping eloquent cortical areas. Considering the high cost of the hardware involved, the purpose of this work is to present a more affordable, in-house alternative for these studies that can provide adequate results in a clinical setting. We also present some practical information on how to perform these exams. We describe an affordable in-house hardware solution used by an imaging center, and examples of fMRI paradigms used to evaluate motor and language tasks. The fMRI studies show robust activations in eloquent areas consistent with the tasks performed on the exam. Images of post-processed studies illustrate clinical cases. The fMRI have well-established applications, mapping eloquent cortical areas in patients with brain lesions. In the case of surgical planning, it allows the surgeon to maximize the resection area while minimizing sequelae. More affordable hardware can reduce the cost of these exams, making them more accessible to the general public.

O córtex cerebral eloquente está envolvido nas atividades motora, sensação, fala, visão e funções corticais superiores. A ressonância magnética funcional (RMf) permite a avaliação da função cerebral, ajudando no planejamento neurocirúrgico através do mapeamento de áreas corticais eloquentes. Considerando o elevado custo do hardware envolvido, o objetivo deste trabalho é apresentar uma alternativa mais acessível para estes estudos, que possa fornecer resultados adequados em um ambiente clínico. Também apresentamos algumas informações práticas sobre a realização destes exames. Descrevemos uma solução de hardware acessível utilizada por um centro de imagens, e exemplos de paradigmas de RMf usados para avaliar tarefas motoras e relacionadas à fala. Os estudos de RMf mostram ativações em áreas eloquentes, consistentes com as tarefas realizadas no exame com imagens de estudos pós-processados ilustrando casos clínicos. A RMf tem aplicações bem estabelecidas, mapeando áreas corticais eloquentes em pacientes com lesões cerebrais. No caso do planejamento cirúrgico, permite que o cirurgião maximize a área de ressecção enquanto minimiza potenciais sequelas. Equipamentos mais acessíveis podem reduzir o custo destes exames, podendo aumentar a disponibilização ao público em geral.

La corteza cerebral elocuente está implicada en las actividades motoras, la sensibilidad, el habla, la visión y las funciones corticales superiores. La resonancia magnética funcional (RMf) permite la evaluación de la función cerebral, ayudando en la planificación neuroquirúrgica mediante el mapeo de las áreas corticales elocuentes. Teniendo en cuenta el elevado coste del hardware implicado, el objetivo de este artículo es presentar una alternativa más asequible para estos estudios que pueda proporcionar resultados adecuados en un entorno clínico. También presentamos información práctica sobre cómo realizar estos exámenes. Describimos una solución de hardware asequible utilizada por un centro de diagnóstico por imagen, y ejemplos de paradigmas de RMf utilizados para evaluar tareas motoras y relacionadas con el habla. Los estudios de RMf muestran activaciones en áreas elocuentes, coherentes con las tareas realizadas en el examen, con imágenes de estudios postprocesados que ilustran casos clínicos. La RMf tiene aplicaciones bien establecidas en el mapeo de áreas corticales elocuentes en pacientes con lesiones cerebrales. En el caso de la planificación quirúrgica, permite al cirujano maximizar el área de resección minimizando las posibles secuelas. Un equipo más asequible puede reducir el coste de estas exploraciones, aumentando potencialmente su disponibilidad para el público en general.

Biomarcadores de neuroimagen para el diagnóstico temprano de la enfermedad de Alzheimer: un abordaje desde las redes neuronales / Neuroimaging biomarkers for early diagnosis of Alzheimers Disease: an approach from neural networks

Resumen: Las crecientes cifras mundiales de prevalencia e incidencia de la Enfermedad de Alzheimer exigen el desarrollo de métodos diagnósticos cada vez más precoces. La enfermedad suele diagnosticarse cuando la patología ya está avanzada y poco se puede hacer terapéuticamente, conllevando una gran pérdida de años de vida y altos costos sociales y familiares. Considerando esta patología como una disrupción a gran escala de las redes neuronales del cerebro humano, distintos estudios han propuesto biomarcadores basados en resonancia magnética y tomografía por emisión de positrones. El presente artículo revisa sistemáticamente dichos estudios considerando un abordaje desde la ciencia de redes neuronales.

Abstract: The increased global prevalence and incidence of Alzheimer's Disease demands the development of early diagnostic methods. This disease is usually diagnosed when the pathology is already advanced and therapeutically, there's not much to do, leading to a great loss of years of life, high socials and family costs. Considering this pathology as a large-scale disruption of neural networks of the human brain, different studies have proposed biomarkers based on functional magnetic resonance imaging and positron emission tomography. This article systematically reviews these studies considering an approach of neural networks science.

Regularized Hypothesis Testing in Random Fields with Applications to Neuroimaging / Pruebas de Hipótesis Regularizadas en Campos Aleatorios con Aplicaciones a Neuroimágenes

Abstract The task of determining for which elements of a random field (e.g., pixels in an image) a certain null hypothesis may be rejected is a relevant problem in several scientific areas. In the current contribution, we introduce a new method for performing this task, the regularized hypothesis testing (RHT) method, focusing on its use in neuroimaging research. RHT is based on the formulation of the hypothesis testing task as a Bayesian estimation problem, with the previous application of a Markovian random field. The latter allows for the incorporation of local spatial information and considers different noise models, including spatially correlated noise. In tests on synthetic data showing regular activation levels on uncorrelated noise fields, RHT furnished a true positive rate (TPR) of 0.97, overcoming the state-of-the-art morphology-based hypothesis testing (MBHT) method and the traditional family-wise error rate (FWER) method, which afforded 0.93 and 0.58, respectively. For fields with highly correlated noise, the TPR provided by RHT was 0.65, and by MBHT and FWER was 0.35 and 0.29, respectively. For tests utilizing real functional magnetic resonance imaging (fMRI) data, RHT managed to locate the activation regions when 60% of the original signal were removed, while MBHT located only one region and FWER located none.

Resumen En varias áreas científicas aparece el problema de determinar los elementos de un campo aleatorio (por ejemplo, píxeles en una imagen) en los que se puede rechazar una cierta hipótesis nula. En este artículo presentamos un nuevo método para realizar esta tarea, centrado en aplicaciones para investigación de neuroimagen. Nuestra propuesta se basa en la formulación de pruebas de hipótesis como un problema de estimación Bayesiana, usando como a priori un campo aleatorio Markoviano, que permite incorporar información espacial local y considera diferentes modelos de ruido, incluido el ruido correlacionado espacialmente. Para pruebas en datos sintéticos con niveles de activación regulares sobre campos de ruido no correlacionado, nuestro método obtiene una tasa de verdaderos positivos (TPR) de 0.97, superando al método del estado del arte MBHT y al método de control FWER que obtienen 0.93 y 0.58 respectivamente; para campos con ruido altamente correlacionado, nuestro método obtiene un TPR de 0.65, mientras que MBHT y FWER obtienen 0.35 y 0.29 respectivamente. Para pruebas con datos reales de fMRI, nuestro método localiza las regiones de activación cuando removemos 60% de la señal original, mientras que MBHT no localiza región alguna y FWER localiza una de las dos regiones.

Developing a Social Cognition Task for fMRI in Patients with Mild Traumatic Brain Injury / Desarrollo de una tarea de Cognición Social para IRMf en pacientes con trauma craneoencefálico leve

Social cognition impairments are frequently found in patients with mild traumatic brain injury (TBI) when structural lesions may not reveal the severity of the injury. Though instruments used to assess social behavior are thought to be sensitive, the absence of structural damage in TBI patients may lead to underscore such problems. The aim of this study was to develop a complementary diagnostic tool such as a paradigm for functional Magnetic resonance Imaging (fMRI) involving a simple task that could tell how patients understand certain complex social behavior by identifying different movements with or without social intentions where language and complex cognitive process were not required. Eleven patients with mild TBI and social cognition difficulties and twelve control subjects were matched by demographic variables. A paradigm of social fMRI was developed by using dots in movement representing human motion, human motion with social intention such as dancing or sharing, and dots moving without meaning. Patients had less activation in parietotemporal junction and bilateral middle frontal gyrus in the social perception task movement compared with control group subjects. The fMRI paradigm developed can be an additional diagnostic tool for identifying social cognition impairments in mild TBI patients. Regardless the absence of structural injury, changes in activation areas suggest a prospective use of this tool since clinical, cognitive and functional outcomes support such finding.

Los cambios en la cognición social son encontrados frecuentemente en pacientes con trauma craneoencefálico leve (TCE) aunque no exista evidencia de lesiones estructurales. Aunque los instrumentos utilizados para evaluar la cognición social son sensibles al cambio, la ausencia de daño estructural en los pacientes con TCE puede llevar pasar por inadvertidos estos problemas. El objetivo de este estudio fue desarrollar una herramienta diagnóstica complementaria como un paradigma para resonancia magnética funcional (RMf), la cual involucra una tarea simple que pudiera explicar cómo los pacientes entienden ciertos comportamientos sociales complejos por medio de movimientos con o sin intención social sin intermediación del lenguaje. Participaron once pacientes con TCE leve y con reporte de alteraciones en cognición social, estos fueron emparejados con doce sujetos control por variables demográficas. Un paradigma de RMf fue desarrollado por medio de la animación puntos blancos sobre una pantalla negra que representan el movimiento humano, el movimiento humano con la intención social como el baile o el compartir, y puntos que se mueven sin significado. Los pacientes tuvieron menos activación en la unión parietotemporal y giro frontal medio bilateral frente al movimiento social en comparación con los sujetos del grupo de control. El paradigma de fMRI desarrollado puede ser una herramienta de diagnóstico adicional para identificar las alteraciones cognitivas sociales en pacientes con TCE leve. Independientemente de la ausencia de lesión estructural, los cambios en las áreas de activación sugieren la posibilidad de usar esta herramienta como pronóstico dado que los resultados clínicos, cognitivos y funcionales soportan este hallazgo.

Cambios en resonancia magnética funcional en estudiantes de medicina con y sin restricción moderada de sueño / Changes in functional magnetic resonance imaging in medical students with and without moderate sleep deprivation

OBJETIVO: Describir los efectos de la restricción moderada del sueño en las regiones cerebrales involucradas en los procesos de inhibición cognitiva, función motora y fluidez fonológica, utilizando imágenes por resonancia magnética funcional (RMf). Materiales y métodos: Se estableció una condición de sueño habitual y otra de restricción moderada en 12 estudiantes diestros de pre y posgrado de Medicina, de entre 20 y 40 años. En ambos estados se utilizó la prueba psicológica de atención d2 e imágenes de RMf con paradigmas de función motora, fluencia fonológica y atención del tipo inhibición de la función ejecutiva Stroop. La restricción moderada de sueño fue de al menos el 63% con respecto al sueño habitual. Resultados: Se encontraron diferencias significativas en la activación cerebral con RMf para la función motora (p<0,05) entre el ciclo de sueño regular y el de restricción moderada. La actividad cerebral en RMf con los paradigmas de atención Stroop y fluidez fonológica no mostró diferencias significativas, así como tampoco la prueba psicológica de atención d2. Discusión: Se encontró interferencia en las activaciones cerebrales de representación motora con la restricción moderada de sueño, pero no se hallaron diferencias significativas en las activaciones de atención tipo Stroop, ni en la tarea de fluencia fonológica o las pruebas de atención d2. Esto podría deberse a una insuficiente restricción del sueño o a eficientes mecanismos de compensación en los sujetos de este estudio. Conclusión: Existen diferencias en las activaciones cerebrales de representación motora en la restricción moderada del sueño medidas con RMf

OBJECTIVE: To describe the effects of moderate sleep deprivation in brain regions involved in cognitive inhibition processes, motor function, and phonological fluency using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). Materials and methods: A sample of 12 under-graduate and post-graduate medical students, between 20 and 40 years, were subjected to a follow-up of the number of hours of regular sleep in order compare to a moderate sleep deprivation after a nightshift. The d2 attention test and fMRI studies were used in both groups in order to evaluate motor function, verbal fluency and cognitive inhibition, or Stroop paradigms. The moderate sleep deprivation was at least 63% with respect to the regular sleep pattern during the previous week. Results: Significant differences in brain activity were found in fMRI to measure motor function (P<0.05) comparing regular sleep cycle and moderate sleep deprivation. The brain activity with fMRI Stroop paradigms and phonological fluency showed no significant differences between the two conditions, likewise with the psychological attention test d2. Discussion: The fMRI showed interference on motor representation activations in moderate sleep deprivation. No significant differences in fMRI were found in the processes of cognitive inhibition or Stroop paradigms, in phonological fluency, or in the psychological attention test d2. These could be attributed to inadequate sleep deprivation or efficient compensation mechanisms in the subjects of this study. Conclusión: There is a difference showed in fMRI on motor representation activations in moderate sleep deprivation

Conectividad funcional en un paciente con alucinaciones complejas. Un caso de autoscopia / Functional connectivity in a patient with complex hallucinations. A case of autoscopy

La autoscopia, del griego autos (sí mismo) y skopeo (mirar), son alucinaciones complejas durante las cuales el paciente experimenta una duplicación visual de su cuerpo. El presente artículo discute algunos correlatos de conectividad cerebral obtenida por resonancia funcional en reposo, en una paciente con epilepsia refractaria y alucinaciones autoscópicas durante sus crisis. El objetivo es presentar los hallazgos por neuroimágenes funcionales de una paciente que presenta alucinaciones del tipo autoscópico. Como parte del protocolo de evaluación de pacientes con epilepsia refractaria se realiza examen de videomonitoreo electroencefalográfico, imágenes de tomografía por emisión de positrones e imágenes de resonancia magnética funcional en reposo a una paciente que sufre alucinaciones autoscópicas durante las crisis. La información obtenida por estos estudios se correlaciona con la información clínica. En la paciente, el estudio de tomografía por emisión de positrones y el videomonitoreo electroencefalográfico indican alteraciones en el lóbulo occipital derecho, hallazgos que coinciden con reportes en la literatura sobre autoscopia. La sincronización neuronal, medida por resonancia funcional, es anormal en la misma región alterada en la tomografía por emisión de positrones, permitiendo relacionar el fenómeno autoscópico con cambios de la conectividad cerebral. La paciente cuenta con características clínicas de alucinación autoscópica. La resonancia magnética indica zonas con alteraciones de la dinámica cerebral que, en el caso de la paciente, coinciden con regiones reportadas en la literatura. El presente estudio aporta evidencias sobre el papel de los mecanismos de sincronización neuronal y la percepción de alucinaciones.

Autoscopy, from Greek autos (self) and skopeo (looking at), are complex hallucinations wherein the patient feels a visual duplication of his body. The current paper presents some brain connectivity correlates, obtained from resting state functional magnetic resonance, in a patient with refractory epilepsy who suffers autoscopic hallucinations during her seizures. Introduce the functional neuroimaging findings in a patient with autoscopic hallucinations. As part of the evaluation protocol for patients with refractory epilepsy, electroencephalographic video monitoring, positron emission tomography and resting state functional magnetic resonance imaging, were done to a patient that suffers autoscopic hallucinations during her crisis. The information obtained from those studies are correlated with clinical information. In the patient, the positron emision tomography and the electroencephalographic video monitoring study indicate an injury in the right occipital lobe, findings that coincide with previous literature report about autoscopy. The neuronal synchronization, measured by functional resonance, is abnormal in the same region where is altered the positron emision tomography imaging, enabling to relate the autoscopy phenomena with brain connectivity alterations. The patient has clinical features of autoscopic hallucination. MRI indicates areas with altered brain dynamics in the case of the patient coincide with regions reported in the literature. This study provides evidence on the role of neuronal synchronization mechanisms and the perception of hallucinations.

Neuropsicología y la localización de las funciones cerebrales superiores en estudios de resonancia magnética funcional con tareas / Neuropsychology and the localization of superior brain functions in fMRI with task studies

El objetivo es destacar la capacidad de la resonancia magnética funcional con tareas para evaluar diversas funciones cerebrales superiores, mediante la ejecución de paradigmas que producen activación cerebral de las regiones involucradas. Resaltar la importancia del neuropsicólogo en la creación de paradigmas y en la interpretación de los resultados. Se realizó una revisión no sistemática de la literatura científica recogida en las bases de datos de: Rev Neurol, Neurology, Radiología, Neuroimage, J Neuroimaging, Science, Brain, Neuroscience and biobehavioral reviews, journal of neuroscience, Eur J Radiol, Magnetic resonance in medicine, Neurosurgery, Neuroimagingclin, Neuropsidologia latinoamericana, International journal of neuroscience, Science, Biol Psychiatry, Psychol Med, Arch Gen Psychiatry, Psychiatry Res Neuroimaging, Neuro Report, Neuron, J ClinExpNeuropsychol, Proc Natl Acad Sci U S A, Ann Neurol Neurobiol Aging, Neurosci Lett, Journal of Neuroscience. Los descriptores utilizados fueron "Resonancia magnética funcional", "Paradigmas" y "Neuropsicología". Se seleccionaron los artículos científicos de cualquier tipo y en español e inglés; desde el inicio de la indización de la fuente primaria hasta noviembre de 2014. Se recuperaron 42 artículos. Se analizaron todos los conceptos sobre resonancia magnética funcional, neuropsicología, funciones cerebrales superiores, áreas cerebrales activadas, paradigmas. Los mapas de activación neuronal confirman la participación simultánea de diferentes áreas cerebrales, incluso distantes, durante la ejecución de paradigmas. La participación del neuropsicólogo dentro del grupo multidisciplinario es muy importante por su conocimiento profundo de los factores involucrados en el desempeño de las diferentes tareas cognitivas potencialmente evaluables por resonancia magnética funcional.

To highlight the capacity of functional magnetic resonance imaging (fMRI) with tasks in order to measure different higher brain functions by running paradigms that produce brain activation in the regions involved. Highlighting the importance of the neuropsychologist in creating paradigms and interpreting results. A non-systematic review of the scientific literature contained in the databases was conducted: Rev Neurol, Neurology, Radiología, Neuroimage, J Neuroimaging, Science, Brain, Neuroscience and biobehavioral reviews, journal of neuroscience, Eur J Radiol, Magnetic Resonance in Medicine, Neurosurgery, Neuroimagingclin, Neuropsicologia Latinoamericana, International Journal of Neuroscience, Biol Psychiatry, Psychol Med, Arch Gen Psychiatry, Psychiatry Res Neuroimaging, Neuro Report, Neuron, J ClinExpNeuropsychol , Proc Natl Acad Sci U S A, Ann Neurol Neurobiol Aging, Neurosci Lett, Journal of Neuroscience. The descriptors used were: "functional MRI", "Paradigms" and "Neuropsychology". Papers in Spanish and English of any kind were selected since the start of indexing the primary source until November 2014. 42 articles were retrieved. The following concepts were analyzed: functional magnetic resonance imaging, neuropsychology, higher brain functions, activated brain areas paradigms. The neural activation maps confirm the simultaneous involvement of different brain areas, even distant ones, during the execution of paradigms. Neuropsychologist participation within the multidisciplinary team is very important for its deep understanding of the factors involved in the performance of different cognitive tasks potentially assessable by fMRI.

Control de calidad en imagen por resonancia magnética: evaluación de parámetros de calidad en protocolos de neuroimagen / Quality control in magnetic resonance imaging: evaluation of quality parameters in neuroimaging protocols

Magnetic resonance imaging (MRI) plays an important role in neuroimaging due to the development of sequences that provide insight into structural and functional aspects of the brain, such as DTI and functional magnetic resonance (fMRI). Analysis of the images in neuroimaging is of a quantitative nature, which requires that the images be of a high quality. To ensure delivery of this required high quality image, a quality control protocol designed exclusively for neuroimaging has been developed. This protocol covers the evaluation of 5 quality parameters: geometric accuracy, image uniformity, SNR, slice position and slice thickness. MRI images were acquired of 3 mannequins, analyzing the images according to the methodology proposed for each parameter. The results have been mixed, in some parameters results obtained have been satisfactory and in others not. It is recommended that this proposed protocol be carried out respecting the methodology and taking into account the considerations cited in this article.

La resonancia magnética juega un rol muy importante en neuroimagen debido al desarrollo de secuencias que permiten conocer aspectos estructurales y funcionales del cerebro, tales como la DTI y la resonancia magnética funcional. El análisis de las imágenes en neuroimagen es de carácter cuantitativo, esto requiere que las imágenes sean de una elevada calidad. Con el fin de asegurar la obtención de esta elevada calidad de imagen requerida se ha elaborado un protocolo de control de calidad exclusivamente diseñado para neuroimagen. Este protocolo abarca la evaluación de 5 parámetros de calidad: exactitud geométrica, uniformidad de imagen, SNR, posición del corte y espesor del corte. Se han adquirido las imágenes por resonancia magnética de 3 maniquíes, analizando las imágenes de acuerdo a la metodología propuesta para cada parámetro. Los resultados han sido variados, en algunos parámetros se han obtenido resultados satisfactorios y en otros no. Se recomienda llevar a cabo este protocolo propuesto respetando la metodología y tomando en cuenta las consideraciones que se citan en este trabajo.

Conectividad funcional en adultos mayores a partir de resonanciamagnética funcional como un posible indicador para la enfermedad deAlzheimer / Functional connectivity in senior adults from fMRI as a possible indicator for Alzheimer’s Disease

La enfermedad de Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa y la causa de demenciamás frecuente en el mundo. Esta enfermedad se caracteriza por muerte neuronal que lleva a una pérdida deconectividad cerebral general. Técnicas como la conectividad funcional a partir de imágenes de resonanciamagnética pueden brindar información acerca de la interacción entre regiones cerebrales y, por tanto, puedeser un indicador del Alzheimer.Objetivo: evaluar la conectividad funcional a partir de imágenes de resonancia magnética funcional en estadode reposo en adultos mayores como posible biomarcador para la enfermedad de Alzheimer.Materiales y métodos: en una población de 35 sujetos de edad avanzada (10 pacientes con Alzheimer de75 ± 2,87 años, 10 pacientes con deterioro cognitivo leve de 74,9 ± 2,88 años, y 15 personas sanas de 75,35 ±2,91 años), se compararon las redes de conectividad funcional obtenidas a través de la correlación temporal dela señal BOLD y elementos de la teoría de grafos. Se calcularon las medidas de las redes (costo y grado medio),y se correlacionaron estas medidas con las escalas neuropsicológicas ADNI-mem y ADAS-Cog.Resultados: en los pacientes con Alzheimer hay una disminución de la conectividad en comparación con loscontroles sanos y los pacientes con deterioro cognitivo leve. Se encontró una correlación significativa entre elcosto de las redes en los sujetos sanos y las escalas neuropsicológicas.Conclusión: se confirma la desconexión existente en la enfermedad de Alzheimer y se muestra que la alteraciónde la actividad cerebral en el deterioro cognitivo y Alzheimer se puede medir mediante el algoritmo basado engrafos desarrollado en este trabajo...

Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disease and the most common cause of dementiain the world. This disease is characterized by neuronal cell death leading to an overall loss of brain connectivity.Functional connectivity from magnetic resonance images can provide information about the interactionbetween brain regions and therefore may be an indicator of Alzheimer. Objective: assessing functional connectivity from functional magnetic resonance images at rest in elderly asa potential biomarker for Alzheimer’s disease.Materials and methods: in a population of 35 elderly subjects (10 patients with Alzheimer 75 ± 2,87 years,10 patients with mild cognitive impairment 74,9 ± 2,88 years and 15 healthy individuals 75,35 ± 2,91years),functional connectivity networks obtained through the temporal correlation of BOLD signal and elementsof the graph theory were compared. Network indexes (cost and average degree) were calculated, and furthercorrelated with the neuropsychological scales, ADNI-mem, and ADAS-Cog...

Activación cerebral en estado de reposo en Default Mode Network de pacientes eutímicos con trastorno bipolar tipo I / Brain activitivation of euthymic patients with Type I bipolar disorder in resting state Default Mode Network

Introducción: Aún existen dudas sobre la conectividad cerebral en el trastorno bipolar tipo I (TBI) y son necesarios estudios con resonancia magnética funcional en estado de reposo (RMf-ER) durante la eutimia para identificar alteraciones funcionales del trastorno. Objetivo: Evaluar con RMf-ER la diferencias de activación cerebral entre los pacientes eutí-micos con TBI y los sujetos de control y explorar el efecto del litio en esta activación. Métodos: Estudio transversal de 21 pacientes eutímicos con TBI y 12 controles, usando RMf-ER y un análisis de componentes independientes. En el grupo con TBI, también se realizó una comparación entre 10 pacientes con TBI en monoterapia con litio y 11 sin medicación. Resultados: Se encontró mayor activación en el hipocampo derecho (p = 0,049) y el cíngulo posterior (p = 0,040) en la Default Mode Network (DMN) del grupo TBI frente a los controles. No hubo diferencias estadísticamente significativas entre el grupo de TBI con litio y los pacientes con TBI sin medicación. Conclusiones: Los resultados indican alteraciones en la activación y la conectividad cerebral en el TBI durante la eutimia y principalmente en el cíngulo posteriory el hipocampo dentro de la DMN, la cual podría tener relevancia en la regulación afectiva.

Introduction: As there are still doubts about brain connectivity in type I bipolar disorder (BID), resting-state functional magnetic resonance imaging (RS-fMRI) studies are necessary during euthymia for a better control of confounding factors. Objective: To evaluate the differences in brain activation between euthymic BID patients and control subjects using resting state- functional-magnetic resonance imaging (RS-fMRI), and to identify the lithium effect in these activations. Methods: A cross-sectional study was conducted on 21 BID patients (10 receiving lithium only, and 11 non-medicated) and 12 healthy control subjects, using RS fMRI and independent component analysis (ICA). Results: Increased activation was found in the right hippocampus (P = .049) and posterior cingulate (P = .040) within the Default Mode Network (DMN) when BID and control group were compared. No statistically significant differences were identified between BID on lithium only therapy and non-medicated BID patients. Conclusions: The results suggest that there are changes in brain activation and connectivity in BID even during euthymic phase and mainly within the DMN network, which could be relevant in affect regulation.

Procesamiento de la música en el primer episodio de trastorno depresivo mayor sin tratamiento / Music processing in major depressive disorder first episode without treatment

El propósito de este estudio fue registrar diferencias durante la audición de dos tipos diferentes de música en pacientes con Trastorno Depresivo Mayor (TDM), comparados con sujetos sanos, mediante imagen por resonancia magnética funcional (IRMf). La actividad cerebral con estímulos musicales ha sido investigada ampliamente en sujetos sanos, pero son escasos los estudios del procesamiento de la música en estados de patología mental, particularmente en el TDM. Los estudios en esta área interdisciplinaria proveen una nueva perspectiva de investigación para explorar los sustratos neurobiológicos del TDM. Participaron 20 sujetos de sexo masculino: 10 pacientes con TDM (34 ± 7 años) y 10 sujetos control (33 ± 7 años). Los pacientes se seleccionaron en el servicio de pre-consulta del Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente Muñiz (INPRFM) de la Ciudad de México, y los sujetos control entre los trabajadores del propio Instituto que respondieron a la invitación. Todos los participantes contestaron, con fines de confirmar el diagnóstico, las escalas de ansiedad y depresión de Hamilton, los inventarios de Beck para ansiedad y depresión y el SCL-90-R. A los pacientes se les aplicó además el MINI-mental test. Para la IRMf se usó un equipo Philips Achieva de tres Teslas en el INPRFM, el análisis se hizo con el formato SPM2 usando el sistema MRIcro. Los estímulos experimentales fueron una obra musical de JS Bach validada como tranquila y otra de J Prodromidès validada como inquietante. Los resultados muestran diferencias tanto entre los grupos de sujetos como entre los tipos de música: en todos los casos se activó el área parahipocampal, la cola del núcleo caudado y la corteza temporal auditiva. Concluimos que el procesamiento neurobiológico de la música es afectado por el TDM. Se discuten las implicaciones clínicas y cognoscitivas de estos hallazgos.

The purpose of this study is the assessment of the differences in brain activity when patients with major depressive disorder (MDD) listen to two different types of music, with healthy subjects as control, by using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Brain activity in musical stimuli with healthy subjects has been investigated extensively, but there are few neurobiologic music studies in mental illness, particularly in MDD. Studies in this area provide a new perspective on interdisciplinary research to explore the neurobiological substrates of MDD. This study involved 20 male subjects: 10 patients (34 ± 7 years), and 10 control subjects (33 ± 7 years). The MDD :atients were selected in the pre-consultation service of the National Institute of :sychiatry Ramón de la Fuente Muñiz (IN:RFM) of Mexico City, and control subjects were selected among workers of the Institute who responded to the invitation. All participants completed the Hamilton scales for anxiety and depression, Beck inventories for depression and anxiety and, the SCL-90-R. The Mini-Mental State Examination test was also administered to patients for diagnostic purposes. The fMRI was obtained by Philips Achieva 3-Tesla in the INPRF; the analysis was done using S:M2 format MRIcro system. The experimental stimuli were two pieces of music: one by JS Bach validated as quiet and another one by J Prodromidès validated as disturbing. Results show differences between both groups of subjects and between types of music. In all cases, the parahippocampal area, the tail of the caudate nucleus and the auditory temporal cortex were activated. The neurobiological processing of music is affected by MDD. We discuss the clinical and cognitive implications of these findings.

Volumen y función hipocampal en epilepsia del lóbulo temporal medial / Volume and hippocampal function in medial temporal lobe epilepsy

Introducción: La resonancia magnética funcional (fMRI ) es fundamental en la evaluación de lenguaje y memoria en pacientes con epilepsia del lóbulo temporal. También ha permitido observar cómo las estructuras de la corteza medial temporal tienen lateralidad funcional de acuerdo con la dominancia del lenguaje, con un hemisferio especializado tanto en los aspectos expresivos y receptivos del lenguaje como en la memorización de material verbal. Objetivo: Relacionar la integridad del hipocampo izquierdo con el grado de asimetría de la dominancia del lenguaje vista por fMRI. Materiales y métodos: Mediante resonador de 1,5 T se obtienen imágenes con información en T1 volumétricas y EPI con información en T2 durante la ejecución de paradigmas de codificación de escenas complejas, generación de palabras y decisión semántica en un conjunto de 12 individuos sanos y en diferentes pacientes candidatos a cirugía de epilepsia. Resultados: La volumetría automatizada de los hipocampos del grupo control no muestra asimetría significativa. En los diferentes pacientes con esclerosis hipocampal se obtienen índices numéricos que corroboran la implicación de la integridad del hipocampo izquierdo con los índices de asimetría en las pruebas de lenguaje. Conclusiones: En los resultados de la implementación del protocolo de memoria y lenguaje por fMRI para pacientes con epilepsia del lóbulo temporal se destacan las evidencias obtenidas acerca de la implicación del hipocampo en la red del lenguaje y el efecto que tiene la afectación del hipocampo izquierdo en los patrones de migración del lenguaje hacia el hemisferio contralateral.

Introduction: The functional Magnetic Resonance (fMRI) is important in the evaluation of language and memory of patients with temporal lobe epilepsy. The fMRI has also enabled to observe how the structures in the medial temporal cortex have functional laterality according to the dominance of language, with a hemisphere which is specialized in the expressive and receptive aspects of language and the encoding of verbal material. Objective: To relate the left hippocampus integrity with the degree of asymmetry of the language dominance seen by fMRI. Materials and methods: Images with T1 volumetric information and EPI with T2 information are obtained using a 1.5T magnetic resonator, during the execution of complex scenes encoding paradigms, as well as during the generation of words and a semantic decision in a set of 12 control subjects and different patients who are potential candidates for epilepsy surgery. Results: The automatized volumetric properties of the control group hippocampus do not show significant asymmetry. Indifferent patients with hippocampal sclerosis, numerical indexes are obtained, which are in accordance with the implication of the integrity of the left hippocampus with the asymmetry indexes in the language paradigms. Conclusions: Among the results of the implementation of the memory and language protocol, using fMRI for patients with temporal lobe epilepsy, one can emphasize the evidences obtained using fMRI regarding the implications of the left hippocampus in the language network and the effects of its dysfunction in the migration patterns of language towards the contralateral hemisphere.

Efecto de la medicación en los patrones de activación cerebral en resonancia magnética funcional, ante un paradigma de memoria de trabajo en pacientes con trastorno bipolar tipo I / Effects of Medication on fMRI Brain Activation Patterns in Bipolar Disorder Type I Patients Challenged with Working Memory Tasks

Introducción: Diversos estudios demuestran un aumento en la activación de áreas límbicas y paralímbicas y disminución de la activación en áreas relacionadas con la memoria de trabajo en pacientes con trastorno bipolar. La mayoría de estos estudios se realizan en pacientes que reciben tratamiento farmacológico, lo cual dificulta interpretar hasta qué punto el tratamiento es responsable de las alteraciones encontradas. Objetivo: Identificar las posibles diferencias en la respuesta neurofuncional de pacientes con trastorno bipolar en tareas de memoria operativa y establecer el papel de la medicación en estas diferencias. Metodología: Estudio descriptivo-correlacional de corte transversal. Se evaluaron 43 individuos, de los cuales 33 fueron pacientes eutímicos con trastorno bipolar tipo I (13 en tratamiento con carbonato de litio, 9 con ácido valpróico y 10 sin medicación al menos durante dos meses previos a la evaluación) y 11 controles. La resonancia magnética funcional (RMf) se usó para correlacionar sus procesos de memoria operativa con los cambios vistos en la señal BOLD, usando un paradigma que combina la presentación de bloques y eventos relacionados. Resultados: No se encontraron diferencias significativas en las variables clínicas o demográficas entre los grupos, excepto en el puntaje de la Young Mania Rating Scale (YMRS). Se encontraron diferencias en el patrón de activación del cíngulo anterior al comparar los pacientes bipolares y los controles (p=0,05). Conclusión: Se encontraron diferencias en el patrón de activación del cíngulo anterior en la RMf en una prueba de memoria de trabajo comparando los pacientes bipolares tipo I y los controles.

Background: Patients with bipolar disorder show increased activation in limbic and para-limbic areas whereas they show decreased activity in working memory-related areas. The degree to which pharmacological treatment determines these alterations is hard to gage, given that most studies have been done on patients already receiving such treatments. Objective: We seek to identify differences and the role of treatment in neurofunctional response in patients with bipolar disorder type I compared to controls, specifically while challenged with working memory tasks. Methods: Thirtythree euthymic patients with type I bipolar disorder and 10 controls were evaluated in a cross-sectional study; 13 of them were being treated with lithium, 9 with valproic acid, and 10 had not received treatment for at least 2 months prior to the study. Correlation was established between functional Magnetic Resonance (fMRI) BOLD signal and working memory processes. Results: There were no significant differences between the groups in demographics or clinical variables except for YMRS score. Patients and controls showed significantly different patterns of brain activation in the anterior cingulate (p:0.05) during working memory tasks. Conclusion: There are statistically significant differences in the anterior cingulate BOLD (Blood oxygen level dependent) signal of patients with Type I Bipolar disorder compared to controls.

Resonancia magnética funcional en pacientes adultos eutímicos con trastorno bipolar tipo I: una visión neuropsicológica y neurofuncional / Functional Magnetic Resonance Imaging in euthymic Adult Patients with Bipolar Disorder Type I: Neuropsychological and Neurofunctional Aspects

Introducción: En la última década se han realizado varios estudios de resonancia magnética funcional en la fase eutímica del trastorno bipolar tipo I; por lo tanto, es necesario hacer una revisión crítica de los hallazgos reportados. Métodos: Revisión de la literatura, consistente en búsqueda, lectura y análisis de los estudios de resonancia magnética funcional en adultos eutímicos con trastorno bipolar tipo I en las bases de datos científicas PubMed, EMBASE, SciELO y Lilacs, sin límite cronológico. Resultados: Los hallazgos neuroanatómicos y neuropsicológicos se presentan en dos bloques: primero, memoria de trabajo con paradigmas N Back y Stenberg y, segundo, función ejecutiva con interferencia en atención selectiva o pruebas tipo Stroop (palabra/color, numérico y emocional) y control inhibitorio con pruebas go/no go. Conclusiones: Los resultados fueron contradictorios por diferencias en los paradigmas, criterios de inclusión, síntomas residuales, medicamentos e historia de psicoactivos. En pruebas Stroop y de memoria de trabajo se identificó una disfunción prefrontal en comparación con los controles (específicamente en la región dorsolateral), por lo que fue propuesta como un rasgo característico del trastorno. La región frontopolar (AB 10) parece ser clave en la disfunción frontal; por su parte, el cíngulo anterior, la corteza parietal y la prefrontal ventral necesitan ser replicadas en investigaciones posteriores en las que haya un mejor control de los factores de confusión.

Introduction: Several studies using functional magnetic resonance imaging during the euthymic phase of bipolar disorder type I have been performed in the last decade. A critical review of the findings is therefore required. Methods: The major databases (Pubmed, EMBASE, Lilacs, and Scielo) were consulted searching studies of fMRI in euthymic adults with Bipolar disorder type I without timeframe limits. Results: The neuroanatomical and neuropsycholo gical findings are presented in two parts: 1) working memory with N_back and Stenberg paradigms, and 2) Executive function with interference in selective attention or Stroop test (word / color, counting and emotional) and inhibitory control with go / no go tasks. Conclusions: The results were contradictory due to differences in paradigms, inclusion criteria, residual symptoms, and history of drugs. Prefrontal dysfunction was identified in the Stroop test and in working memory tasks compared with controls (specifically dorsolateral region) which has been proposed as a feature of the disorder. Frontopolar area (BA 10) appears to be important in frontal dysfunction. Findings in areas such as the anterior cingulate and parietal and ventral prefrontal cortex need to be replicated in subsequent research with a closer control of confounding factors.

Implementación y validación de protocolo de estimulación por comprensión de lenguaje oral en resonancia magnética funcional: resultados preliminares / Implementation and validation of a stimulation protocol for oral language comprehension using functional magnetic resonance imaging: preliminary results

This study aimed at implementing a stimulation protocol using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), in a Hospital in Valparaiso (V Region), Chile, to detect cortical areas activated in oral language comprehension. Seven healthy volunteers participated in this study. Average t-score and signal variation were 6.3 +/- 0.3 and 0.5 +/- 0.1 percent, respectively. In spite of these low values, activations were obtained in Wernicke area, middle temporal gyrus, and Heschl s gyrus. The extension of activated areas was small, 5.06 +/- 2.99 cm3, probably due to amplifer low signal-to-noise ratio (SNR), in addition to the cognitive complexity of the task, and to the ambient acoustic noise. Successful implementation of fMRI protocols of language comprehension is possible in a clinical context in Chile without any additional resources.

Nuestro objetivo fue implementar un protocolo de estimulación en resonancia magnética funcional en un Hospital de Valparaíso, V Región de Chile, para detectar las áreas corticales activadas en la comprensión del lenguaje oral. Siete voluntarios sanos participaron de este estudio. El t-score y variación de señal alcanzado fue de 6.3 0.3 y 0.5 +/- 0.1 por ciento respectivamente. A pesar de estos bajos valores, las activaciones se registraron en el área Wernicke, circunvolución temporal media y circunvolución d e Heschl. La extensión de las activaciones fue pequeña, 5.06 +/- 2.99 cm³, probablemente debido a la baja relación señal ruido del resonador (SNR), además de la complejidad cognitiva de la tarea y el ruido acústico ambiente. Nuestros resultados indican que la implementación de la RMf en comprensión del lenguaje es posible de realizar en Chile sin recursos adicionales.