Tecniche di neuroimaging

PET - Tomografia ad emissione di positroni

La Tomografia ad Emissione di Positroni (PET) permette di misurare e registrare l’attività del cervello in risposta ad uno stimolo. La PET comporta la somministrazione per via endovenosa di una sostanza, normalmente presente nell'organismo (glucosio, metionina o dopamina), marcata con una molecola radioattiva. Una volta in circolo, il tracciante radioattivo emette particolari particelle, chiamate positroni Il positrone è una particella che ha massa uguale a quella dell’elettrone e carica positiva uguale in valore assoluto a quella dell’elettrone. . Dopo un percorso di pochi millimetri, il positrone si annichila L'annichilazione è il risultato dell'incontro di una particella subatomica con la sua antiparticella. Quando ciò avviene entrambe le masse vengono totalmente convertite in energia.
L'annichilazione di particelle a bassa energia (ad esempio un elettrone con positrone) solitamente produce due fotoni gamma. con un elettrone, producendo una coppia di fotoni, emessi in direzioni opposte tra loro. Dalla misurazione della posizione in cui i fotoni colpiscono il rilevatore, si può risalire alla posizione del corpo da cui sono stati emessi, permettendo di determinare l'attività del tracciante all'interno di un organo o di un determinato tessuto biologico.

La PET è usata nelle ricerche cardiologiche e neurologiche e in ambito oncologico. Poiché i tumori sono particolarmente avidi di glucosio, la PET, mostrando l'accumulo di questo zucchero, è molto utile per confermare una diagnosi di tumore o per verificare una diminuzione della massa tumorale. Inoltre la PET è in grado di farci osservare piccole variazioni di flusso di sangue nelle diverse aree cerebrali. Un aumento di flusso sanguigno in una specifica zona del cervello corrisponde un aumento dell’attività cerebrale di quella zona.

EEG - Elettroencefalografia

Normalmente il nostro cervello “emette” delle onde cerebrali, ovvero onde elettromagnetiche che rappresentano l’attività del nostro cervello, in funzione dei vari stati di coscienza. Nella vita quotidiana tutti noi passiamo attraverso diverse fasi dell’attività cerebrale tramite onde beta, alfa, theta, delta.

• Onde delta: sono associate al più profondo rilassamento psicofisico e favoriscono il sonno
• Onde theta: sono riconducibili ai momenti in cui la mente è impegnata a immaginare, visualizzare. Vengono prodotte dal nostro cervello durante meditazione profonda oppure nella fase REM del sonno
• Onde alfa: corrispondono ad uno stato di rilassamento, ma comunque vigile e conscio, rappresentano l’attività del nostro cervello quando stiamo per addormentarci
• Onde beta: sono associate alle comuni e normali attività che il nostro cervello ha durante la veglia, quando la nostra concentrazione è rivolta agli stimoli esterni

Tramite l’elettroencefalografia (EEG) è possibile ottenere l’elettroencefalogramma, ovvero la registrazione dell'attività elettrica dell'encefalo, che viene riprodotta graficamente in un tracciato contraddistinto da diversi tratti. Per essere ottenuto, l'elettroencefalogramma richiede l'applicazione di una ventina di elettrodi sulla testa, collegati a un elettroencefalografo (strumento elettronico capace di creare un tracciato dei segnali encefalici registrati).

ERP - Potenziale evento-correlato

I potenziali evocati evento correlati, ERP, rappresentano delle modificazioni del segnale derivante dall’EEG. Si tratta di variazioni del potenziale elettrico, derivanti da uno stimolo esterno, che vengono registrate attraverso elettrodi di superficie posizionati sulla testa. I potenziali evocati hanno una dimensione di segnale molto ridotta rispetto all’EEG e sono ricavati estraendo il rumore di fondo da una serie di registrazioni da cui si deduce una media del segnale. Di conseguenza, al crescere del numero di stimolazioni, il segnale sarà più̀ definito e darà origine ad un ERP. Un ERP ha una forma d’onda caratterizzata da una serie di punti di flesso (componenti) analizzabili in base a tre parametri:

• Latenza: distanza temporale tra il momento di applicazione dello stimolo ed il momento di comparsa della componente
• Topografia: regione corticale che si attiva in seguito ad un particolare stimolo
• Ampiezza: grandezza della deflessione della componente rispetto al livello basale, ovvero livello di attivazione delle cellule

Ottenimento di un ERP partendo da più segnali EEG

fMRI - Risonanza magnetica funzionale

La risonanza magnetica funzionale (fMRI) permette di registrare l’attività del sistema nervoso centrale e viene utilizzata per rilevare quali aree cerebrali si attivano durante l'esecuzione di un determinato compito, come parlare, leggere, pensare o muovere una mano. La risonanza magnetica funzionale sfrutta il differente comportamento megnetico dell'emoglobina ossigenata e non ossigenata, misurando un particolare segnale, detto BOLD (Blood Oxygen Level Dependent).

In base all'attivazione di una certa funzione si verifica un aumento di flusso ematico nelle zone popolate da cellule nervose coinvolte nella funzione attivata. Questa variazione causa una variazione del segnale misurato: l'emoglobina non ossigenata possiede infatti proprietà paramagnetiche Il paramagnetismo è una forma di magnetismo che alcuni materiali mostrano solo in presenza di campi magnetici; si manifesta con una magnetizzazione che ha stessa direzione e verso di quella associata al campo esterno applicato al materiale stesso. , a differenza dell'emoglobina ossigenata. L'aumento della concentrazione di emoglobina non ossigenata provoca quindi la diminuzione del segnale, mentre la sua diminuzione ne causa un aumento. È quindi possibile utilizzare l'emoglobina come mezzo di contrasto Sostanza che crea un contrasto tra organi e strutture di densità uniforme; è quindi una sostanza in grado di modificare il modo in cui una regione analizzata appare in un'immagine medica. endogeno = generato direttamente dall'organismo considerato nello studio delle regioni cerebrali coinvolte dalla funzione studiata.

Video riassuntivo