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neuroimagenpaisajes_v11

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Maria de la Iglesia

on 3 July 2014

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El equipamiento....
La neuroimagen es un conjunto de técnicas utilizadas en Neurología que sirven para realizar el diagnóstico mediante la obtención de imagenes del sitema nevioso central.
Además permite mostrar a la humanidad a través de distintas disciplinas la importancia del encéfalo (en términos de tratamiento de la imagen) y por supuesto nos ayudar a tener una mejor comprensión del mismo a través de herramientas que se pueden utilizar no solo para el diagnóstico sino para la investigación.
Prospósitos clínicos
VS.
Propósitos investigación
¡Gracias, Willy!
Neuroimaging: Los Paisajes de la Mente
Wilhelm Rontgen creador de los rayos-x, que finalmente llevó a la primera forma de la neuroimagen..
http://es.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_R%C3%B6ntgen
"neu·ro·im·ag·ing
/ˌn(y)o͝orōˈiməjiNG/
noun
1.
the process of producing images of the structure or activity of the brain or other part of the nervous system by techniques such as magnetic resonance imaging or computerized tomography."
^MRI brain scan.
http://www.topnews.in/health/mri-scans-reveal-fructoses-effects-brain-regions-regulate-appetite-217721
<- Brain CT.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Computed_tomography_of_human_brain_-_large.png

Magnetoencephalography scan ->
mommasmoneymatters.com
Técnicas utilizadas:
CAT scans
Neuroimagen Radioactiva (PET)
Imagen de Resonancia Magnética

Se utiliza para cartografiar (mapear) el cerebro y encontrar anomalías
MRI showing brain tumor.
http://en.wikipedia.org/wiki/Brain_tumor

Técnicas utilizadas:
MRI y fMRI
Neuroimagen Radioactiva

Se utiliza para ver el flujo de sangre ante la presencia de estímulos
Shows blood flow in the brain with different stimuli
http://prospect.rsc.org/metalsandlife/
Estudio de la ESTRUCTURA
Antes....
Hook tool for brain ->
http://www.ancientegypt.co.uk/mummies/story/page3.html

Los Egipcios eliminaaban el cerebro a través de la cavidad nasal utilizando un gancho. Este se tiraba ya que no sabían para que servia.
Antiguos remedios para dolores de cabeza incluían la trepanación, en donde el área asociada con el dolor sería perforada.
^ Evidence of trepanning in skulls

http://en.wikipedia.org/wiki/Trepanning
Trepanation ->

http://en.wikipedia.org/wiki/Trepanning
Citations
Background image courtesy of http://jonlieffmd.com/blog/how-does-neuroplasticity-work

Hashemi, Ray H., William G. Bradley, and Christopher J. Lisanti. 2010. MRI: The Basics. Philadelphia, PA: Lippincott Williams and Wilkins.

Igbaseimokumo, Usiakimi. 2009. Brain CT Scans in Clinical Practice. London: Springer. http://public.eblib.com/EBLPublic?Publicview.do?ptil0=437793

Wikipedia. 2009. "Neuroimaging." Last modified April 9. http://en.wikipedia.org/wiki/Neuroimaging

Wikipedia. 2012. "Wilhelm Rontgen." Last modified June 2012. http://en.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_R%C3%B6ntgen.

Barbel Husing, Lutz Jancke,Brigitte Tag, Impact Assessment of Neuroimaging (Zurich 2006).

This video was created by John Darrell Van Horn, Ph.D., Ian Bowman, M.S., Shantanu Joshi, Ph.D., and Mr. Vaughan Greer of the Laboratory of Neuro Imaging (LONI), Department of Neurology at the UCLA School of Medicine
SPECT imaging machine.

http://doctordalai.wordpress.com/2008/07/03/killer-spectct/
PET machine.

http://www.nepetimaging.com/pet-ct.html
MRI/ fMRI machine.

http://info.blockimaging.com/inventory/MRI_Machines_For_Sale_Immediately/
<- (Magnetic resonance spectroscopy takes place in a similar machine.)
Magnetoencephalography machine.

http://www.supraconductivite.fr/en/index.php?p=applications-medical-meg
CT/CAT scan machine.

http://hellojomo.com/blog/well-shit/attachment/ct-scan/
Así que...... ¿dónde?
Sólo se encuentran en "ambientes" médicos y científicos

Los hospitales deben incluir espacio para los equipos de neuroimagen
amplios salones para equipos
habitáculos para los técnicos durante la captura y procesado
Hospital Universitario y Politécnico de la Fe
http://arquitecturayemocion.files.wordpress.com/2012/06/hospital-la-fe-valencia.jpg
La neuroimagen incluye el uso de diversas técnicas para ya sea directamente o indirectamente estudiar el cerebro tanto en estructura como en su función. Se trata de una disciplina relativamente nueva dentro de la medicina y de la neurología, la psiquiatría y psicología.
Estudio de la FUNCIÓN
CONECTÓMICA - CONNECTOME
Número especial NeuroImage lanzado: Mapping the Connectome (July 22, 2013).
Un número especial de la revista dedicada a NeuroImage conectómica humanos. Steve Smith escribe en su Introducción :
"Este número especial sobre "Mapping the Conectoma" es una revisión de las principales cuestiones y proyectos en curso relacionados con la conectómica, sino que pretende ser integral, aunque con un fuerte sesgo hacia la macroscópica, in vivo, connectome humana, como el más apropiado para los lectores de NeuroImage"
Visualizing the human connectome. Daniel S. Margulies et al.
Aspectos destacados
Las innovaciones en la visualización de los datos son esenciales para la investigación connectome humano.
Nuevas posibilidades informativas para visualizar tractography probabilístico.
La conectividad funcional cambia de anatomía a la representación del espacio funcional.
Innovación necesario para la visualización de datos connectome multimodales.
Herramientas de visualización en línea ofrecen nuevas posibilidades para publicaciones.
Las innovaciones en la visualización de los datos marcan los avances más relevantes en la investigación connectome humana desde sus inicios. Desde glifos tensor de imágenes de difusión ponderada , para renderizado avanzado de las vías anatómicas , a las recientes representaciones más gráfico basado en los datos de la conectividad funcional , muchas de las formas en que hemos llegado a comprender la connectome humano son a través de la percepción intuitiva estas visualizaciones permiten . No obstante, varios problemas sin resolver persisten. Por ejemplo , tractography probabilístico carece del atractivo visual de su equivalente determinista , representaciones multimodales requieren niveles extremos de reducción de datos, y haciendo que el connectome completo dentro de un espacio anatómico hace que el contenido desordenado e ilegible. En parte, estos retos requieren un compromiso entre varias tensiones que determinan práctica de visualización connectome , como prioridad a la información anatómica o connectomic , la estética o el contenido de la información, y el rigor o la legibilidad. Para ilustrar la negociación en curso entre estas prioridades , se proporciona un resumen de los diversos métodos de visualización que se han desarrollado para los datos de conectividad anatómica y funcional . A continuación describimos las herramientas interactivas de visualización disponibles en la actualidad para su uso en la investigación, y se concluye con las preocupaciones y novedades en la presentación de resultados de la conectividad .
TRACTOGRAFÍA
Cambio de funciones en los mapas del metro de Londres. Arriba, primer mapa unificado del metro de Londres a partir de 1908 con las líneas de tren serviles a la disposición de la ciudad. En pocas palabras, que carecen de la geografía reconocible, pero manteniendo las posiciones relativas y los puntos de conexión, el revolucionario diseño de 1931 por Harry Beck.
Evolución del glifo DWI. El glifo voxelwise se ha convertido cada vez más complejo para acomodar la información direccional derivada de los datos basados ​​en DWI. (a-d: Kindlmann (2004b), e: (Tuch et al, 2002), f:. (Tuch, 2004), g: (Prčkovska et al, 2011).).
Representación de fibras. Diversas técnicas de representación se han aplicado a tractogramas con el fin de mejorar la claridad
Tractografía Probabilística. Representación Tractografía probabilística con claridad comparable y calidad estética como su homólogo determinista sigue siendo un desafío. a:. Parker et al, 2003; b:. von Kapri et al, 2010; c:. Berres et al, 2012; d: Calamante et al, 2010; correo:. Goldau et al, 2010..
Contexto y detalle. Proporcionar información anatómica en una imagen tractográfica que necesita de la prestación de contexto y detalles
Voxels y connexels.
Representing space in functional connectivity graphs. The connectivity images demonstrate a changing use of page-space to represent the anatomical brain space, functional connectivity distance, and connectivity edges themselves. McGonigle 2011 and van Horn 2012 are from the Brain-Art Competition
http://www.neurobureau.org/brainart/galleries
Conectividad multimodal
pictogramas de conectividad. Arriba: Representación de conectividad funcional a distancia en glifo superficie cortical para cada área respectiva parcelación Roca (2011) (véase también Roca et al (2009).). Conclusión: El objetivo es una coloración superficie cortical que facilita la detección límite conectividad. En cada nodo es un pictograma de proyección circular de conectividad funcional a distancia de ese nodo para el resto de la superficie cortical. Los colores representan la dirección de las conexiones.
Se conoce que la neurocirugía ha existido desde hace aproximadamente 7000 años. En Mesoamérica, habían neurocirujanos que trataban a sus pacientes en relación con enfermedades neurológicas y psiquiátricas. Prácticamente no sabían exactamente lo que hacían, pero se creía que, si este tipo de enfermedades eran debidas al hecho de estar poseído por espíritus malignos la solución más plausible era hacer un agujero en la cabeza para que el espíritu maligno pudiera salir.
Conocemos el "Connectome" como el mapa completo de las conexiones neuronales en el cerebro.
La producción y el estudio de conectomas, conocidos como conectómica, pueden variar en escala de un mapa detallado de la serie completa de neuronas y sinapsis dentro de parte o todo el sistema nervioso de un organismo para una descripción de macro escala de la conectividad funcional y estructural entre todas las áreas corticales y estructuras subcorticales. El término "connectome" se utiliza principalmente en los esfuerzos científicos para capturar, mapa, y entender la organización de las interacciones neuronales en el cerebro. Uno de estos esfuerzos es el proyecto Human Connectome, patrocinado por los Institutos Nacionales de Salud, cuyo objetivo es la construcción de un mapa de la red del cerebro humano en que viven, adultos sanos.
¿Porqué no podemos combinar BELLEZA Y CIENCIA?
Resting State fMRI ...
FMRI estado de reposo (rsfMRI o R-fMRI) es un método de imagen funcional del cerebro que se puede utilizar para evaluar las interacciones regionales que se producen cuando un sujeto no está realizando una tarea explícita. Esta actividad cerebral en reposo se observó a través de cambios en el flujo sanguíneo en el cerebro que crea lo que se conoce como un nivel de oxígeno de la sangre dependiente de la señal que se puede medir utilizando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI). Debido a que la actividad cerebral está presente incluso en ausencia de una tarea se le solicite el exterior, ninguna región del cerebro tendrá fluctuaciones espontáneas en la señal BOLD.
El enfoque de estado de reposo es útil para explorar la organización funcional del cerebro y examinar si es alterado en las enfermedades neurológicas y psiquiátricas. En estado de reposo investigación conectividad funcional ha revelado una serie de redes que se encuentran constantemente en sujetos sanos, las diferentes etapas de la conciencia y en todas las especies, y representar a patrones específicos de actividad sincrónica.
Historia ....
Bharat Biswal
En 1992, Bharat Biswal comenzó su trabajo como estudiante de posgrado en el Colegio Médico de Wisconsin, bajo la dirección de su consejero, James S. Hyde, y descubrió que el cerebro, incluso durante el reposo, contiene información acerca de su organización funcional. Había utilizado fMRI para estudiar cómo las diferentes regiones del cerebro se comunican mientras que el cerebro está en reposo y no realizar ninguna tarea activa. Aunque en el momento, la investigación de Biswal fue mayormente ignoró y lo atribuyó a otra fuente de la señal, su técnica de neuroimagen de descanso ha sido ampliamente reproducido y se considera un método válido de mapeo de las redes funcionales del cerebro. Mapeando la actividad del cerebro mientras el cuerpo está en reposo tiene muchas potencialidades para la investigación del cerebro e incluso ayuda a los médicos a diagnosticar diversas enfermedades del cerebro.
Marcus Raichle
Los experimentos de laboratorio neurólogo Marcus E. Raichle en la Facultad de Medicina y otros grupos de la Universidad de Washington mostraron que el consumo de energía del cerebro se incrementa en menos del 5% de su consumo de energía de línea de base en el desempeño de una tarea mental enfocada. Estos experimentos demostraron que el cerebro está constantemente activo con un alto nivel de actividad, incluso cuando la persona no está comprometida en el trabajo mental enfocada (estado de reposo). Su laboratorio se ha centrado principalmente en la búsqueda de la base de esta actividad en reposo y se le atribuye muchos descubrimientos innovadores. Estos incluyen la relativa independencia del flujo sanguíneo y el consumo de oxígeno durante los cambios en la actividad cerebral, que proporcionó la base fisiológica de fMRI, y el descubrimiento del defecto conocido Modo de red.
Networks
Default mode network
Other resting state networks
The default mode network (DMN) is a network of brain regions that are active when an individual is awake and at rest. The default mode network is an interconnected and anatomically defined brain system that preferentially activates when individuals focus on internal tasks such as daydreaming, envisioning the future, retrieving memories, and gauging others' perspectives.[16] It is negatively correlated with brain systems that focus on external visual signals. It is one of the most studied networks present during resting state and is one of the most easily visualized networks.
Depending on the method of resting state analysis, functional connectivity studies have reported a number of neural networks that result to be strongly functionally connected during rest. The key networks, also referred as components, which are more frequently reported include: the DMN, the sensory/motor component, the executive control component, up to three different visual components, two lateralized frontal/parietal components, the auditory component and the temporal/parietal component. As already reported, these resting-state networks consist of anatomically separated, but functionally connected regions displaying a high level of correlated BOLD signal activity. These networks are found to be quite consistent across studies, despite differences in the data acquisition and analysis techniques. Importantly, most of these resting-state components represent known functional networks, that is, regions that are known to share and support cognitive functions.
CLARITY es un método que: elimina la doble capa lipídica de las membranas, manteniendo su contenido en su lugar, sustituyéndolas por un material que permite el paso de macromoléculas y fotones sin oponer demasiada resistencia y que preserve la integridad estructural de células y tejidos.

CLARITY
Para conseguir este objetivo, CLARITY termina usando un hidrogel formado in situ.
¿Qué es un gel? Pues es un sistema en el que unas macromoléculas (polímeros) tienen atrapado un líquido en su red estructural, y se llaman hidrogeles si el líquido es agua.
Los geles tienen la peculiaridad de que son sólidos si no se agitan.
Esta propiedad será muy útil en CLARITY.

Este video muestra la representación gráfica de los modelos de superficie del cerebro en 3D en tres grupos, los controles sanos (HC-1), con deterioro cognitivo leve (DCL -2) , y con enfermedad de Alzheimer (EA-3). Cada cerebro es único y está situado en la pantalla de manera que los cerebros matemáticamente más similares se colocan cerca y los más disímiles se colocan más alejados.
Cada cerebro está coloreada de acuerdo con el parámetro de espesor cortical ( azul significa que la corteza es relativamente más delgada, mientras que el rojo es relativamente gruesa a la norma).
Modelos cerebral de pacientes con AD se distinguen fácilmente de HC así como aquellos con DCL .
En esta línea, la aparición de las técnicas de morfometría cerebral por resonancia magnética (RM) ha ampliado el conocimiento sobre determinadas variaciones locales de tejidos que puedan estar causadas por la presencia de la enfermedad.
De manera práctica, se detallan a continuación algunos aspectos que deberían tomarse en consideración a la hora de plantear los citados estudios morfométricos.
Pese a que este tipo de técnicas es el que se ha utilizado fundamentalmente desde que se dispone de equipos de imagen de TC y RM, su empleo conlleva algunas limitaciones, como la elevada variabilidad inter e intra-usuario, la reducida reproducibilidad o la necesidad de utilizar tamaños de muestras relativamente pequeños. Para minimizar estas limitaciones, existen métodos morfométricos semiautomáticos que incorporan un tratamiento reproducible y capaz de realizar análisis exploratorios sobre todo el cerebro sin necesidad de estudiar una única región en particular. Entre estas técnicas, destacan los métodos basados en campos de deformación (deformation based morphometry, DBM) (Gaser et al., 2001), los basados en tensores (tensor based morphometry, TBM) (Kipps et al., 2005), los basados en registro difeomórfico (Ashburner, 2007) y los métodos basados en vóxel (voxel based morphometry, VBM) (fig. 1) (Ashburner y Friston, 2000).
Estas metodologías son, por lo general, de libre distribución y pueden aplicarse en el estudio de cualquier enfermedad que pueda afectar al SNC, siempre y cuando se diseñen estudios robustos y sin sesgos metodológicos o estadísticos. Los mapas que muestran estas reducciones se colorean según el valor estadístico que representan (estadísticos T, F, valores p) y se superponen sobre imágenes de alta resolución que ayudan a analizar la región afectada de manera visual.

MORFOMETRÍA
Fig: Resultado de un estudio morfométrico por VBM (voxel based morphometry) que muestra reducción de la densidad de la sustancia gris en pacientes con esquizofrenia frente a controles, principalmente en regiones temporales superiores. La escala de color indica la medida de la significación (cuanto más alto es el valor de la T, la diferencia entre los valores de sustancia gris entre los dos grupos es mayor).
Gemma Monte. FIDMAG-Germanes Hospitalaries Research Foundation. SPM Barcelona 2011
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