Perché si esegue un esame con la Risonanza Magnetica funzionale?

Il rischio di una resezione chirurgica dipende anche dalla prossimità della lesione alle aree funzionalmente eloquenti, ovvero le aree cerebrali che sono coinvolte nello svolgimento di un determinato compito cognitivo come parlare, leggere, percepire una figura, muovere una parte del corpo e via dicendo. La Risonanza Magnetica funzionale (fMRI) è una tecnica di imaging biomedico non-invasiva che fornisce una mappa delle aree cerebrali funzionalmente eloquenti.
La mappa fMRI mostra la contiguità tra un area di attivazione e la lesione (la chiazza bianca sulla RMN mentre le aree funzionali per una determinata funzione –movimento della bocca in questo caso-sono segnate in rosso).
La mappa fMRI mostra la contiguità tra un area di attivazione e la lesione (la chiazza bianca sulla RMN mentre le aree funzionali per una determinata funzione –movimento della bocca in questo caso-sono segnate in rosso).
Le mappe ottenute vengono usate per il planning chirurgico, in sala operatoria vengono visionate usando il neuronavigatore che mostra in tempo reale la posizione dell’azione chirurgica in atto sulle immagini di risonanza. Inoltre, l’esito della fMRI viene utilizzato per scegliere i compiti che il paziente che viene operato in awake surgery svolgerà durante il Testing Neuropsicologico in Tempo Reale. L’informazione fornita dalla fMRI può aiutare il neurochirurgo a verificare se, all’interno della lesione o nelle sue vicinanze, persiste un’attività funzionale e a pianificare prima della chirurgia l’approccio chirurgico ottimale. Intra-operatoriamente, aiuta il neurochirurgo ad orientarsi fornendo informazioni strutturali e funzionali. In questo paziente, ad esempio, l’attività cerebrale collegata al movimento della bocca è stata localizzata a ridosso della lesione.

Che differenza c’è tra Risonanza Magnetica per Immagini (MRI) e la funzionale (fMRI)?

La Risonanza Magnetica per Immagini (MRI) fornisce immagini che evidenziano le strutture cerebrali. La Risonanza Magnetica funzionale (fMRI) permette di mappare quali aree cerebrali si attivano durante l’esecuzione di un determinato compito, come parlare, muovere una mano e via dicendo.
L’immagine a sinistra mostra l’anatomia cerebrale (MRI). Nell’immagine a destra si osserva l’attivazione della rappresentazione cerebrale della mano (in giallo-rosso) durante l’esecuzione di movimenti ripetitivi delle mani (fMRI).
L’immagine a sinistra mostra l’anatomia cerebrale (MRI). Nell’immagine a destra si osserva l’attivazione della rappresentazione cerebrale della mano (in giallo-rosso) durante l’esecuzione di movimenti ripetitivi delle mani (fMRI).

Come funziona?

La fMRI è una tecnica che utilizza le proprietà magnetiche dei nuclei degli atomi costituenti la materia e il nostro corpo. I segnali di risonanza delle molecole magnetizzabili vengono misurati mediante l’aiuto di campi magnetici e onde radio. Quando eseguiamo un compito (ad esempio un movimento della mano, la lettura di una parola, la percezione di una figura) alcune aree cerebrali specifiche vengono reclutate per lo svolgimento del compito. Le aree che vengono reclutate nel compito sono anche quelle in cui viene bruciato più ossigeno. Di conseguenza varia il rapporto tra ossiemoglobina e deossiemoglobina presenti nelle aree reclutate dall’attivazione. Tale variazione viene rivelata dal segnale di risonanza magnetica e tradotta in immagini utilizzabili in pratica. Queste aree, dal punto di vista del segnale di risonanza, sono caratterizzate dal cosiddetto effetto BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent).

Più dettagli: cosa significa dire che un’area del cervello “si attiva”?

L’attivazione corticale è associata con l’afflusso di emoglobina ossigenata in eccesso. L’ossiemoglobina, non paramagnetica, espelle la deossiemoglobina paramagnetica dai capillari e dalle venule in prossimità dei distretti attivi, ed in questo modo viene variato il rapporto tra ossiemoglobina e deossiemoglobina presenti nei distretti reclutati dall’attivazione. Tale variazione viene rivelata dal segnale di risonanza magnetica. Il segnale BOLD viene determinato dalla variazione delle proporzioni tra ossi- e deossiemoglobina nel sangue che irrora la corteccia (queste due molecole hanno comportamenti magnetici molto diversi) e tradotto in immagini utilizzabili in pratica

Prima dell’esame di Risonanza funzionale.

I pazienti vengono sottoposti ad una valutazione neuropsicologica prima di eseguire l’esame fMRI, ovvero delle funzioni linguistiche, di memoria, visuo-percettive, attentive - di controllo e motorie. In tal modo è possibile rilevare la presenza di deficit cognitivi preoperatori e programmare quali siano i compiti più idonei da sottoporre durante l’esame di risonanza al paziente esaminato.

Come avviene l’esame fMRI?

Durante l’esame la testa del paziente viene posizionata in una bobina a radiofrequenza. Durante le misurazioni il tessuto cerebrale è esposto ad un campo magnetico e a brevi sequenze di onde radio. Il campo magnetico (1.5 o 3 Tesla) e le onde radio non vengono percepiti dal paziente. Le onde radio fanno oscillare le molecole nei tessuti. Queste molecole oscillando emettono dei segnali, cioè risuonano. I segnali emessi vengono rilevati e successivamente analizzati da un computer. Le immagini di attivazione che vediamo non sono delle foto istantanee perché la fMRI, a differenza della MRI su cui comunque si basa, non produce immagini dirette di quello che avviene nel cervello. Sono frutto di un’elaborazione di dati (statistica) e raffigurano un effetto secondario dell´attività neuronale (che è molto più rapida). Sono delle mappe della distribuzione di questo effetto su tutto il cervello. Ecco perché è importante che il paziente in esame collabori e ripeta lo stesso semplice compito, in modo da consentire l´elaborazione statistica dei dati che li trasforma in mappa 3D.
Durante l’esame di fMRI il paziente si stende su un apposito lettino, in una posizione confortevole, e viene introdotto all’interno dell’apparecchiatura. Il paziente è in continuo contatto con il personale e con il medico. Le immagini e le istruzioni vengono presentati mediante speciali occhialini posizionati sugli occhi del paziente, e le cuffie. Gli stimoli possono essere visivi (delle figure, dei filmati o delle frasi da leggere) o uditivi (dei suoni, delle parole o delle frasi), oppure tattili (mediante stimolazione tattile del dorso della mano destra o sinistra). I pazienti a volte devono rispondere premendo dei pulsanti. Viene posizionato un tastierino, che serve a dare le risposte. Durante le misurazioni è estremamente importante mantenere la testa ferma il più possibile perché i movimenti disturbano l’acquisizione delle immagini. L’attivazione funzionale si può sempre monitorare e visionare in tempo reale mentre il paziente svolge il compito.
Durante l’esame di fMRI il paziente si stende su un apposito lettino, in una posizione confortevole, e viene introdotto all’interno dell’apparecchiatura. Il paziente è in continuo contatto con il personale e con il medico. Le immagini e le istruzioni vengono presentati mediante speciali occhialini posizionati sugli occhi del paziente, e le cuffie. Gli stimoli possono essere visivi (delle figure, dei filmati o delle frasi da leggere) o uditivi (dei suoni, delle parole o delle frasi), oppure tattili (mediante stimolazione tattile del dorso della mano destra o sinistra). I pazienti a volte devono rispondere premendo dei pulsanti. Viene posizionato un tastierino, che serve a dare le risposte. Durante le misurazioni è estremamente importante mantenere la testa ferma il più possibile perché i movimenti disturbano l’acquisizione delle immagini. L’attivazione funzionale si può sempre monitorare e visionare in tempo reale mentre il paziente svolge il compito.

Durante l’esame di Risonanza funzionale

Durante l’acquisizione delle immagini ai pazienti viene chiesto di eseguire dei semplici compiti. Si alternano delle fasi di riposo con delle fasi attive di svolgimento di un compito. Infatti, l’attività neurale che è associata con un compito cognitivo specifico viene rilevata mediante il confronto tra le fasi di riposo e le fasi attive che si alternano a blocchi. I pazienti eseguono vari test come visione di video, ascolto di suoni, percezione, memorizzazione, e premono alcuni pulsanti. Un esame ha una durata generalmente compresa tra 30 minuti e 1 ora.
Durante l’esame di fMRI si alternano momenti in cui si deve svolgere un compito e momenti di riposo.
Durante l’esame di fMRI si alternano momenti in cui si deve svolgere un compito e momenti di riposo.

Quali compiti esegue il paziente?

Vengono dunque utilizzati dei semplici compiti in grado di attivare le aree cerebrali responsabili. I compiti vengono scelti in base alla localizzazione ed estensione della lesione e in base alla valutazione delle funzioni cognitive eseguita prima della Risonanza. ESEMPI DI COMPITI E FUNZIONI TESTATE
La prima funzione ad esser ricercata e quella ancora più frequente ed affidabile è LA FUNZIONE MOTORIA. Durante il mappaggio motorio, si chiede di muovere i diversi distretti corporei. Lo scopo è di identificare la rappresentazione corticale della mano, del piede e della bocca, in modo da evitare di toccare, durante l’intervento tali aree, diminuendo così il rischio di creare una paresi. Nella figura di seguito, in alto si osserva l’attivazione della rappresentazione della lingua durante l’esecuzione di movimenti ripetitivi delle lingua, sotto l’attivazione legata a movimenti ripetitivi della mano destra, e di quella sinistra. In basso si osserva l’attivazione della rappresentazione cerebrale del piede destro, e sotto del piede sinistro durante l’esecuzione di movimenti ripetitivi dei piedi. E’ anche la funzione che trova la maggiore coincidenza con ciò che identifichiamo durante l’intervento.
Mappe fMRI legate allo studio delle rappresentazioni motorie (legato al movimento di diversi distretti corporei)
Mappe fMRI legate allo studio delle rappresentazioni motorie (legato al movimento di diversi distretti corporei)
MEMORIA Memorizzare del materiale, come parole, foto di edifici e facce di persone: lo scopo è di indentificare il circuito neurale sottostante la memorizzazione, e quello che sottende il recupero delle informazioni dalla memoria.
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alle funzioni mnesiche di memorizzazione (in rosso a sinistra della figura) e di recupero dell’informazione (in rosso a destra della figura).
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alle funzioni mnesiche di memorizzazione (in rosso a sinistra della figura) e di recupero dell’informazione (in rosso a destra della figura).
FUNZIONI LINGUISTICHE Localizzazione delle aree linguistiche: i compiti linguistici possono i) determinare la dominanza emisferica per il linguaggio e ii) localizzare le aree corticali linguistiche. I compiti che utilizziamo includono la denominazione di oggetti o di azioni oppure la lettura di parole o di pseudoparole, l’ascolto di parole.
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alle diverse funzioni linguistiche (in rosso -arancione): l’ascolto, la lettura e la denominazione.
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alle diverse funzioni linguistiche (in rosso -arancione): l’ascolto, la lettura e la denominazione.
CHI PARLA PIU’ LINGUE HA COINVOLTE DIVERSE AREE CEREBRALI CHE COPRONO LA FUNZIONE LINGUISTICA Ai pazienti bilingui, chiediamo così di svolgere un compito di denominazione nella loro lingua madre (L1) e nella lingua acquisita, nel nostro caso Italiano (L2).
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alle diverse funzioni linguistiche in L1 (lingua madre) e in L2 (la lingua acquisita).
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alle diverse funzioni linguistiche in L1 (lingua madre) e in L2 (la lingua acquisita).
FUNZIONI VISUO SPAZIALI Specialmente per il mappaggio delle funzioni legate all’emisfero destro utilizziamo dei compiti visuo-spaziali.
Questo test (rotazione mentale) implica la visione di fotografie che rappresentano delle mani ruotate in diverse posizioni nello spazio. Il paziente deve identificare semplicemente se si tratta di una mano destra o di una mano sinistra. E’ una funzione che ci permette di fare trasformazioni della posizione di oggetti nello spazio. Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alla rotazione mentale.
Questo test (rotazione mentale) implica la visione di fotografie che rappresentano delle mani ruotate in diverse posizioni nello spazio. Il paziente deve identificare semplicemente se si tratta di una mano destra o di una mano sinistra. E’ una funzione che ci permette di fare trasformazioni della posizione di oggetti nello spazio. Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alla rotazione mentale.
In presenza di lesioni che coinvolgono aree coinvolte nella creazione di mappe spaziali mentali studiamo le attivazioni legate all’orientamento spaziale.
In presenza di lesioni all’ippocampo, presentiamo un compito di navigazione mentale, in cui al paziente si mostra un video di esplorazione di un labirinto e si chiede di immaginare di camminare dentro e memorizzare
In presenza di lesioni all’ippocampo, presentiamo un compito di navigazione mentale, in cui al paziente si mostra un video di esplorazione di un labirinto e si chiede di immaginare di camminare dentro e memorizzare
Per attivare le aree occipito-temporali sinistre, coinvolte nell’analisi strutturale, semantica e funzionale che serve a riconoscere gli oggetti e per il parietale destro, coinvolto nel Riconoscimento visivo di oggetti presentati da punti di vista non usuali, rappresentati come figure incomplete o degradate, usiamo un compito di riconoscimento di macchie di colore che rappresentano degli oggetti.
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alle funzioni percettive (riconoscimento di figure degradate)
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alle funzioni percettive (riconoscimento di figure degradate)
UDITO Per mappare le aree uditive, usiamo un compito di ascolto e di riconoscimento di suoni ambientali, come ad esempio ascoltare e denominare il fischio di un treno, il miagolio di un gatto, un applauso. L’area uditiva è anche legata alla comprensione delle parole (si veda esempio di mappaggio delle funzioni linguistiche dove si mostra l’attivazione fMRI legata all’ascolto di parole).
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato al riconoscimento di suoni ambientali.
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato al riconoscimento di suoni ambientali.
COMPETENZE SOCIALI ED EMOZIONI Essere consapevole e capace di interagire socialmente è cruciale nella vita di ogni giorno. Corrisponde alla capacità di comprendere le intenzioni degli altri, ossia la teoria della mente. Per mappare le aree sottostanti le competenze sociali, come ad esempio leggere il linguaggio non verbale che gli altri esprimono attraverso posture e gesti, usiamo un compito di decodifica del linguaggio del corpo.
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alla lettura del linguaggio del corpo, o non verbale.
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alla lettura del linguaggio del corpo, o non verbale.
VALENZA EMOTIVA E AROUSAL (stato attentivo-cognitivo di vigilanza). L’analisi di queste aree ci informa su alcuni aspetti emotivi dei pazienti, utili in un inquadramento generale del paziente. Per mappare le aree parte del network delle emozioni, presentiamo delle immagini cariche positivamente e negativamente, e chiediamo ai pazienti di stimarne la valenza e l’arousal
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alla elaborazione emotiva (immagini positive vs immagini negative).
Una immagine esemplificativa che mostra alcuni nodi di attivazione di quello che è il network legato alla elaborazione emotiva (immagini positive vs immagini negative).
ABILITA’ NEL SVOLGERE UN LAVORO O FUNZIONE Studiamo anche funzioni importanti che correlano con l’attività che il paziente svolge, in quanto un danno di quest’area potrebbe condizionare lo svolgimento di questa attività. Quando il paziente ha particolari abilità, come ad esempio è un artista nel campo della musica o delle arti visive, adattiamo i paradigmi fMRI al mappaggio delle aree collegate a tali abilità.
Mappe fMRI legate allo studio delle abilità musicali di percezione delle note (confrontato con ascolto di rumori).
Mappe fMRI legate allo studio delle abilità musicali di percezione delle note (confrontato con ascolto di rumori).
Mappa fMRI legate allo studio delle abilità di arti visive (durante un compito di disegno).
Mappa fMRI legate allo studio delle abilità di arti visive (durante un compito di disegno).

Conclusione

In fase preoperatoria possiamo ottenere diverse informazioni sulle funzioni cerebrali che sono in prossimità della lesione che dovremmo asportare. Nella maggioranza dei casi le funzioni sono state spostate ai bordi della lesione il che facilita la chirurgia. Meno frequentemente ci sono funzioni all’interno della lesione per cui siamo obbligati a lasciare del tessuto lesionale. Sono stati fatti diversi esempi, quelli del movimento e sensibilità insieme e quelli legati alla parola sono i più importanti e vanno salvaguardati. Altre funzioni più sofisticate lavorano maggiormente in rete ed hanno un ‘alta probabilità di recuperare dopo l’intervento ma sono comunque utili da identificare poiché ci danno un quadro più esaustivo dello stato in cui si trova il paziente.