Tecnologia utilizada para a imagem do cérebro

Na parte dianteira fisiológico, electroencefalográficas (EEG) gravações no início do século 20 revelou que o cérebro foi constantemente a produzir oscilações eléctricas que possam ser verificados a partir da superfície do crânio. Essas oscilações mudou com estimulação externa e quando diferentes padrões de pensamento ocorreu dentro do cérebro. O EEG tem algumas deficiências, porém, que o tornam menos que ideal para um estudo cuidadoso cérebro.

• A atividade médias de EEG em grandes áreas tão localizar a fonte da atividade registrada no cérebro é difícil. O cálculo da média também tende a perder muita da complexidade da actividade cerebral.
• A actividade em curso intrínseca no cérebro tende a ser maior do que - e tende a afundar - o sinal menor, transiente induzido por estímulos particulares, tais como alguém mostrando uma imagem, o que faz com que o EEG um método pobre para estudar o efeito de estímulos no cérebro atividade.

Este problema foi resolvido até certo ponto, repetindo o estímulo inúmeras vezes e gravar cada evento, para que, depois de centenas de ensaios, as respostas ao estímulo seria adicionado em conjunto para aumentar a sua força. Essas gravações são geralmente chamados ERPs (Potenciais Evocados de resposta). No sistema visual, eles são normalmente chamados PEVs (potenciais evocados visuais).

No início a meados do século 20, microeletrodos começou a ser usado em experiências com animais para revelar como os neurônios único produzido potenciais de ação. No sistema visual, por exemplo, um investigador poderia seguir o sinal de resposta eléctrica do fotorreceptor a luz, através da retina e para o tálamo e córtex visual. Do mesmo modo, no lado do motor, potenciais de acção muscular, alfa motoras neuronais picos, e disparo córtex motor foram registados com micro-eléctrodos. No entanto, porque a gravação de microeletrodos é invasivo (você tem que inserir agulhas microeletrodos perto dos neurônios para obter uma gravação), que teve pouca ou nenhuma aplicabilidade em humanos.

Após a metade do século 20, novas técnicas de imagem começou a ser comumente utilizado.

PET e SPECT

ANIMAL apoia Positron Emission Tomography. Nesta técnica, as moléculas de oxigénio ou de açúcar fracamente radioactivos de curto prazo são introduzidos em pacientes (ou voluntários) enquanto eles executar alguma tarefa cognitiva. Os neurônios mais ativos tomar a substância radioativa por causa de seu metabolismo mais elevado, e o locus da radioatividade no cérebro é determinado por um scanner complexo e sofisticado software que detecta a emissão de positrons (anti-elétrons).

Normalmente uma varredura é feita em “repouso” - antes que a tarefa cognitiva é realizada - e, então, comparada com uma outra varredura feito enquanto o assunto está a fazer a tarefa. Desta forma, assume-se a diferença entre os dois varrimentos de ser tarefa associada. A técnica PET tem uma resolução espacial de milímetros, mas porque leva apenas um instantâneo da atividade cerebral, ele não pode resolver atividade cerebral mudança no tempo.

SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) é semelhante ao do PET, excepto os raios gama ingeridas radioactivos emissores libera que são detectados pelo scanner.

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fMRI

o fMRI (Imagem por Ressonância Magnética funcional) é um derivado de ressonância magnética, que é usado para a estrutura de imagem do cérebro em alta resolução. A técnica de imagiologia de ressonância magnética utiliza um campo magnético e de rádio frequência alta para detectar transições no spin de protões (geralmente em moléculas de água) no cérebro, e foi anteriormente referida como ressonância magnética nuclear (RMN).

imagens reconstruídas têm bom contraste entre as áreas do cérebro com alta densidade corpo da célula neural (matéria cinzenta) versus áreas que consistem principalmente de feixes de fibras (matéria branca), a resolução milimétrica. Em fMRI, o fluxo de sangue ou sangue oxigenação / desoxigenação é detectado de forma dinâmica, com uma resolução de tempo de vários segundos (futuros instrumentos podem mesmo ser capaz de fazer isso ainda mais rápido). alterações do fluxo sanguíneo e desoxigenação sanguínea são medidas metabólicas acreditar para refletir a atividade neural real.

Embora a resolução espacial de fMRI é de cerca de uma ordem de magnitude pior do que MRI no mesmo instrumento, tipicamente um exame de ressonância magnética estrutural é feito em primeiro lugar e, em seguida, a varredura funcional fMRI é sobreposta na varredura estrutural para localizar áreas de actividade diferencial entre tarefa e descanso . Porque ele não usa isótopos radioativos, fMRI é considerado seguro e protocolos pode ser repetido várias vezes em uma única sessão para melhorar sinal para ruído.

MEG

MEG (Magnetoencephalography) é baseado na física de campos elétricos e magnéticos. neurônios ativos gerar correntes elétricas que fluem dentro dos neurônios e no espaço extracelular circundante. O EEG detecta essas correntes depois que eles tornaram-se difundido através do espaço extracelular, incluindo o crânio entre os eletrodos e o cérebro, levando à baixa resolução espacial.

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A propriedade fundamental de correntes elétricas, no entanto, é que eles produzem campos magnéticos, que não são desviados pelo condutor elétrico volume de intervir. Os campos magnéticos neurais são extremamente pequenas, porém, assim que a tecnologia MEG exige salas de gravação fortemente blindados e de baixa resistência detectores de campo magnético exóticas chamados SQUIDs (Super-realização dispositivos de interferência quântica). A pesquisa atual e os instrumentos médicos usam muitos desses SQUIDs ao longo de todo o cérebro a imagem uma grande região do cérebro simultaneamente. MEG tem resolução temporal quase tão rápido como EEG, e resolução espacial da ordem de fMRI.

DTI

DTI (difusão de imagens tensor) é uma variante de ressonância magnética, e às vezes é chamado MRI de difusão. Ele mede o movimento (difusão) de água no cérebro. Porque a água move-se mais facilmente para baixo o citoplasma de longos axónios neuronais, cilíndricas, DTI mede efectivamente extensões de axónios. É um instrumento clínico importante porque extensões axônio podem ser destruídos por acidentes vasculares cerebrais ou outros transtornos cerebrais.

imageamento óptico

A imagem óptica é uma tecnologia futuro promissor que envolve tanto as alterações na absorção ou dispersão da luz pelos neurónios, devido à sua actividade eléctrica, ou o uso de repórter corantes (tipicamente fluorescentes) que respondem a alterações na concentração de certos iões (como o cálcio) inserindo o neurónio durante a actividade. técnicas ópticas têm sido amplamente utilizados em experiências em tecido isolado obtido a partir de animais. Alterações na dispersão ou absorção de luz infravermelha têm sido utilizados para uma menor extensão, em seres humanos em que o acesso óptico ao tecido tem existido, tais como retina ou córtex durante a cirurgia. Há também técnicas para usar a luz infravermelha obter EEG semelhante opticamente através do crânio.

Mais recentemente, a neurociência tem explodiu com optogenética, que utiliza a modificação genética para produzir neurónios que mudam de fluorescência quando é activa ou pode ser activado ou inibido quando iluminado. A capacidade de fazer animais transgénicos com repórteres optogenetic ou estimuladores expressos apenas em neurónios em particular em áreas particulares é revolucionar estudo do cérebro.