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Tecnico che esamina le apparecchiature di radiologia
di Michael Haederle

Pensa pezzo

Gli scienziati dell'UNM utilizzano la nuova tecnologia MRI per creare immagini time-lapse mentre il cervello vivente risponde alle esperienze

Imaging di risonanza magnetica (MRI) ha trasformato il campo delle neuroscienze negli ultimi 40 anni, consentendo agli scienziati di creare istantanee chiare di strutture cerebrali viventi e persino di rilevare i cambiamenti funzionali associati a determinate attività.

A differenza dei raggi X o delle scansioni TC, la risonanza magnetica non si basa sui fasci di radiazioni. Invece, potenti campi magnetici e onde radio vengono utilizzati per allineare temporaneamente gli atomi di idrogeno nelle molecole d'acqua del corpo, il che significa che possono creare un'immagine chiara dei tessuti molli, come il cervello.

Ma una tecnologia più recente sviluppata dalla neuroscienziata dell'UNM Elaine Bearer, MD, PhD, e dai collaboratori del California Institute of Technology e della University of Southern California fa un ulteriore passo avanti nella risonanza magnetica.

In un articolo pubblicato sulla rivista NMR in Biomedicina, riferiscono sull'uso del manganese, un minerale traccia presente in tutto il corpo, come agente di contrasto con la risonanza magnetica che consente una serie di immagini "time-lapse" che rivelano la risposta del cervello a esperienze specifiche.

 

Elaine Bearer, MD, PhD
Il cervello non è una cosa statica. Questa tecnica di risonanza magnetica immagina le lente conseguenze di un'esperienza nel tempo.
- Elaine Portatore, MD, PHD

"Questo rapporto sottolinea il potere del contrasto a base di manganese per studiare le transizioni dinamiche in tutto il cervello", ha affermato Bearer, professore presso il Dipartimento di Patologia dell'UNM. “Il cervello non è una cosa statica. Questa tecnica di risonanza magnetica immagina le lente conseguenze di un'esperienza nel tempo. Ci sta permettendo di scrutare più a fondo l'incredibile complessità del pensare e del sentire".

Nella risonanza magnetica con manganese (MEMRI), piccole quantità di manganese entrano nei neuroni attraverso la stessa via cellulare del calcio, che svolge un ruolo chiave nella segnalazione cerebrale. Quando gli ioni manganese si muovono attraverso il neurone, evidenziano le attività della cellula, evidenziando le proiezioni attraverso le quali comunica con i neuroni adiacenti.

"Questa entusiasmante metodologia emergente cattura la funzione del cervello durante il comportamento normale, che altrimenti non può essere conosciuto su questa scala", ha affermato Taylor Uselman, uno studente di dottorato nel laboratorio di Bearer che è coautore dell'articolo. Christopher Medina, MD, laureato presso la UNM School of Medicine, è stato anche un coautore.

"La nostra pubblicazione fornisce anche informazioni critiche sulle considerazioni sulla sicurezza per l'uso dell'agente di contrasto", ha affermato Uselman. "Diamo una serie di esempi di come MEMRI rivela lo sviluppo del sistema uditivo, così come la sindrome di Down, il morbo di Alzheimer e i disturbi d'ansia".

Le scansioni MRI standard hanno un grande valore diagnostico per rilevare tumori o anomalie vascolari nel cervello e possono rivelare che i cambiamenti in alcune strutture cerebrali sono associati a comportamenti specifici, come la meditazione o l'apprendimento di una seconda lingua. Ma non mostrano cosa sta effettivamente facendo il cervello, dice Bearer.

"La risonanza magnetica che eseguiamo normalmente per la diagnosi umana è solo un'immagine della tua anatomia", afferma. I neuroscienziati usano anche una tecnica chiamata risonanza magnetica funzionale che misura il flusso sanguigno cerebrale, basata sull'idea che le regioni altamente attive del cervello utilizzano più ossigeno.

Tuttavia, il segnale dipendente dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD) è più debole, richiede un'analisi computazionale e mescola sia l'attività vascolare che quella neurale, ha detto Bearer. "Con BOLD, ciò che stai rilevando è un proxy per l'attività neurale."

Il portatore e i partner Harry Gray del Caltech e Russell Jacobs dell'USC stanno esplorando da tempo il potenziale della tecnologia MEMRI. Nel 2020, insieme a Uselman e al post-dottorato Daniel Barto, hanno riferito dell'uso di MEMRI per dimostrare come l'esposizione a uno stimolo spaventoso si evolve in ansia cronica.

"Le cose principali che hanno reso possibile imparare da questa tecnologia sono state l'analisi computazionale che ho fatto con i miei studenti all'UNM", ha detto Bearer. "Questa recensione sarà un punto di riferimento per tutti gli investigatori, specialmente quando si utilizza questa tecnologia emergente".

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