No intrincado palco do cérebro humano, um espetáculo incessante de atividades se desenrola. As células nervosas, conhecidas como neurônios, são os protagonistas desse espetáculo dinâmico, cujas performances flutuam constantemente. Essas oscilações neuronais acompanham uma ampla gama de atividades, desde as mais simples, como a simples ação de alcançar um objeto sobre uma mesa, até as atividades cognitivas mais complexas, como discussões profundas sobre ressonância magnética.

O cérebro, por sua vez, é a parte mais sofisticada de nossa anatomia, com suas diversas regiões especializadas. Cada uma delas desempenha um papel fundamental, estabelecendo padrões de atividade únicos quando envolvidas em funções como visão, audição, olfato, tato e memória. Quando ativadas, essas regiões cerebrais recebem uma injeção de energia dos capilares circundantes, graças à resposta hemodinâmica. Esse fenômeno, caracterizado pelo aumento do fluxo sanguíneo e do suprimento de oxigênio, resulta em mudanças nos níveis de oxihemoglobina e desoxihemoglobina. Surpreendentemente, mesmo durante o repouso, o cérebro continua a mostrar atividade, revelando padrões informativos no cenário científico contemporâneo.

A magia da imagem por ressonância magnética entra em cena para capturar essas nuances na concentração sanguínea regional de oxi e desoxihemoglobina. A oxi-hemoglobina, por sua natureza de elétrons emparelhados, revela-se fracamente diamagnética, enquanto a desoxihemoglobina, com elétrons desemparelhados, assume um caráter fortemente paramagnético. Esse método é conhecido como imagem de contraste dependente do nível de oxigênio do sangue, ou simplesmente, BOLD. Na Figura 1, abaixo, podemos notar a cadeia de eventos que criam o aumento local de sinal nas imagens.

Figura 1: Resumo da cadeia de eventos que gera a alteração local de sinal nas imagens de RM

No contexto atual, a ressonância magnética funcional em estado de repouso (rs-fMRI) representa uma técnica relativamente recente, porém altamente eficaz, para explorar as interações regionais que ocorrem quando um indivíduo não está comprometido com tarefas específicas. Sua simplicidade na ausência de tarefas específicas a torna especialmente atraente para pacientes que enfrentam dificuldades com instruções complexas.

A análise da rs-fMRI é, no entanto, um desafio em si. A quantidade massiva de dados e a necessidade de pré-processamento e análises sofisticadas são obstáculos a serem superados. O pré-processamento envolve etapas como realinhamento, remoção de variáveis confundidoras, exclusão dos primeiros volumes de aquisição, correção de tempo de corte, normalização, aplicação de filtros de banda e suavização, entre outras técnicas refinadas. Abaixo, na Figura 2 podemos ver etapas de pré-processamento padrão que geralmente são empregadas.

Figura 2: Pipeline padrão de pré-processamento do FMRIPrep.

A abordagem analítica da rs-fMRI pode ser categorizada em duas modalidades distintas: segregação funcional e integração funcional. A primeira concentra-se na função de regiões cerebrais específicas, sendo amplamente empregada no mapeamento cerebral e, consequentemente, na análise da atividade cerebral. A segunda abordagem, por sua vez, dirige-se às complexas relações entre diferentes áreas cerebrais, avaliando o cérebro como uma rede integrada. Portanto, essa modalidade está mais relacionada à análise da conectividade cerebral, ampliando nossa compreensão dos intricados processos cerebrais. A Figura 3, ilustra o conceito de segregação e integração de informações multissensoriais no cérebro de gatos.

Figura 3: Segregação e integração de informações multissensoriais. Áreas visuais (amarelas), auditivas (vermelhas), somatossensoriais-motoras (verdes) e frontolímbicas (azuis) no córtex de gatos.

Em resumo, a ressonância magnética funcional e sua aplicação na análise do cérebro em repouso representam uma fascinante incursão no universo complexo da atividade cerebral. Compreender as nuances da resposta hemodinâmica, a diferenciação entre oxi e desoxihemoglobina e a análise de padrões funcionais é crucial para desvendar os mistérios que residem em nosso órgão mais enigmático: o cérebro.

Autor:

Fís. Carlos Leandro Silva dos Prazeres, doutorando radiologia e oncologia pela FMUSP.

Referências:

ESTEBAN, O. et al. fMRIPrep: a robust preprocessing pipeline for functional MRI. Nature Methods, v. 16, n. 1, p. 111–116, 1 jan. 2019.

LV, H. et al. Resting-State Functional MRI: Everything That Nonexperts Have Always Wanted to Know. American Journal of Neuroradiology, 18 jan. 2018.

MAZZOLA, A. A. Ressonância magnética: princípios de formação da imagem e aplicações em imagem funcional. Revista Brasileira de Física Médica, v. 3, n. 1, p. 117–129, 2009.

O Cérebro. Disponível em: <https://www.fiocruz.br/biosseguranca/Bis/infantil/cerebro.htm>.

What Is FMRI? - Center for Functional MRI - UC San Diego. Disponível em: <http://fmri.ucsd.edu/Research/whatisfmri.html>.

ZAMORA-LÓPEZ, G.; ZHOU, C.; KURTHS, J. Exploring Brain Function from Anatomical Connectivity. Frontiers in Neuroscience, v. 5, 2011.

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