Correlato neural despertar un estudio de resonancia magntica

Correlato neural despertar: un estudio de resonancia magnética funcional ALCAIDE, Santiago Agustín - ROMANO, Alvaro Agustín DIRECTORES: BARTTFELD, PABLO MALDONADO, ANA CAROLINA N OVIEMBRE , 2018

¿Motivación? Clínica Científica

Objetivos Estudiar las zonas cerebrales y la dinámica implicada en la recuperación de conciencia en condiciones no patológicas (sueño normal). Diseñar estrategia de análisis Actividad regional Programar un paquete de funciones Redes funcionales Relaciones temporales

Preguntas ¿Actividad regional? ¿Conectividad? ¿Temporalidad?

¿Qué datos se usan? f(intensidad)

Imagen de resonancia - Anatómica Imagen de resonancia - Funcional

Señal BOLD (f. MRI) Actividad Neuronal Demanda energética tisular Consumo de O 2 Flujo y volumen sanguíneo Contenido local de d. Hb en sangre Perturbación local del campo magnético inducido por d. Hb Señal BOLD (f. MRI)

BOLD response (%) Modelo de respuesta BOLD Tiempo

Datos Laboratorio Kamitani (Kioto, Japón)

TR SCAN PARÁMETROS DE ADQUISICIÓN FUNCIONAL ANATÓMICA Gradient-EPI T 2* TR: 3000 ms Tamaño de voxel: 3 x 3 x 3 m Tamaño de imagen: 64 x 64 vóxeles Número de cortes: 50 MP-RAGE T 1 TR: 2250 ms Tamaño de voxel: 1 x 1 x 1 mm Tamaño de imagen: 192 x 256 vóxeles Número de cortes: 256

Un volumen cerebral (Scan)

Serie temporal (Sesión)

Sesiones de un mismo sujeto

Todos los sujetos

Sujetos: 3 Datos Volumen cerebral: 64 x 50 píxeles 204. 800 vóxeles Scans por sesión: 1763 scans = 5289 s = 88 minutos 97. 000 scans = 81 horas 19. 865. 600. 000 datos Sesiones: 55

Diseño experimental

Desarrollo Adquisición imágenes f. MRI Preprocesamiento Mapas de Activación Análisis de Semilla Mapas de Retraso

Preprocesamiento

Etapas Adquisición de imágenes (formato HDF 5) Conversión a formato usado por SPM (NIf. TI) Sincronización temporal de cortes Realineado Suavizado de imágenes funcionales Normalización de imágenes estructurales Corregistro a imágenes estructurales Mapas de Activación Subsampleo Eliminación de componente LCR Mapas de Retrasos Filtro pasa banda (0. 01 – 0. 1 Hz) Análisis de Semilla y Matrices de Conectividad

Sincronización temporal de cortes

Registro Intramodal Intermodal (Scans o sesiones) (Funcional/Estructural) Realineado Corregistro Transformaciones de cuerpo rígido Transformaciones afines Intersujeto Normalizado Transformaciones no lineales

Realineado

Corregistro

Normalización y Segmentación

Suavizado

Procesamiento

Líneas de trabajo Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

Líneas de trabajo Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

Modelo General Lineal (GLM) Para cada voxel: Y=X*β+E Señal adquirida Error Variables predictoras Contribución de cada estimador

Scans

<< Voxel k es sensible al efecto 3 (Más activo durante la vigilia) = Scans Voxel k misma actividad al despertarse desde dos niveles de sueño diferentes

Una sesión Todas las sesiones Y = X *β + E. . . Y = X *β + E Test T para los n sujetos ¿Las diferencias son casuales?

Resultados de contrastes Dormido (positivos) vs Despierto ( negativos) - p < 0. 001 Giro occipital inferior, área de Brodmann 18. Coordenadas MNI: x = -48; y = -79; z = -1 Cúneo y surco calcarino, área de Brodmann 18. Coordenadas MNI: x = 7; y = -73; z = 16.

Resultados de contrastes Despertar tipo 1 (rojo) vs Despertar tipo 2 (celeste) - p < 0. 001 Activación bilateral con un máximo global en la corteza de la Unión Temporoparietal derecha (TPJ). Coordenadas MNI: x = 51; y = -70; z = 8.

Líneas de trabajo Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

Análisis de Semilla

ρ DESPIERTO DORMIDO ρ ρ ρ Par de matrices único para la sesión

. . . SESIÓN 1 2 DESPIERTO 3 DORMIDO 50

Semillas utilizadas ● INSULA ● PROTUBERANCIA ANULAR ● TÁLAMO ● CORTEZA AUDITIVA

Resultados del análisis de semilla Semilla: Corteza auditiva Sujeto despierto, valor de conectividad alto para núcleo caudado, bilateral, tálamo, regiones frontales e ínsula. Valor p < 0. 00001. Sujeto dormido, valor de conectividad alto para corteza occipital visual, corteza motora. Valor p < 0. 00001.

Líneas de trabajo Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

TIEMPO

PICO ONDA

Procesos independientes MATRIZ DE RETRASOS VECTORES PROPIOS VALORES PROPIOS

Hilos - Procesos independientes

Figura 6. 4. Estructura de retrasos para el hilo principal μ± 3σ (en segundos)Tramo “Pico”. Las flechas indican algunos sitios de interés a modo de ejemplo como corteza auditiva, tálamo, cerebelo.

Figura 6. 5. Estructura de retrasos para el hilo principal μ± 3σ - Tramo “Onda”. Las flechas indican tálamo y ganglios de la base.

Líneas de trabajo Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

Matrices de Conectividad entre vóxeles CONECTIVIDAD SEMILLA - VOXEL CONECTIVIDAD VOXEL-VOXEL

Matrices de Conectividad - Regiones

Matrices de Conectividad - Redes

Conclusiones

Conclusiones Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

Conclusiones Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

Conclusiones Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

Conclusiones Mapas de Activación (GLM) Análisis de Semilla (Pearson) Mapas de Retraso (Covarianza) Matrices de Conectividad (Pearson)

Propuestas a futuro

Softwares utilizados ● Matlab o Toolboxes ■ SPM 12 ■ Conn ■ Xj. View ■ REST ■ Mars. Bars ● Anatomist ~20 Scripts elaborados sobre Mat. Lab, C++ y Python

¿Preguntas?