El cerebro al descubierto.

Un nuevo método de imagen ofrece una visión espectacular de las estructuras neurales.

Acabo de leer un artículo de Emily Singer, publicado en Technology Review, sobre un nuevo método de imagen que da una visión sin precedentes de estructuras complejas neurales que podrían ayudar a explicar el funcionamiento del cerebro, y arrojar luz sobre enfermedades neurológicas.

El método, imágenes con tensor de difusión, ha sido desarrollado por el neurocientífico Van Wedeen en el Hospital General de Massachustetts, y analiza los datos de imagen por resonancia magnética (RMN) de un nuevo modo, dando a los científicos un mapa de las fibras nerviosas que llevan la información entre las células.

Aunque este no es el lugar más apropiado para explicar esta compleja metodología, es interesante ver algunas imágenes y vídeos para entender que puede ofrecer este método a la investigación del cerebro.

A new imaging method offers a spectacular view of neural structures.

I have just read an Emily Singer post in Technology Review published by MIT about a new imaging method that offers an unprecedented view of complex neural structures could help explain the workings of the brain and shed light on neurological diseases.

The method, Diffusion spectrum imaging, has been developed by neuroscientist Van Wedeen at Massachusetts General Hospital, and analyzes magnetic resonance imaging (MRI) data in new ways, letting scientists map the nerve fibers that carry information between cells.

Although this is not the right place to explain this complex methodology, it is interesting to show some interesting pictures and videos in order to understand what this method can offer in brain research.

Herramientas interactivas.

Las tres herramientas de abajo muestran la unión de diferentes datos de un voluntario vivo. En cada imagen, el cerebro es visto desde atrás con la cabeza girada tres cuartos, con los ojos del voluntario hacia atrás y a la derecha.

http://www.technologyreview.com/articlefiles/0811Brain/video_player_TV01.swf

En esta herramienta interactiva , sólo se muestran en cada imagen las fibras que intersectan un determinado plano vertical. Visualizando solo un subconjunto de las fibras neurales densamente empaquetadas, permite que se estudien redes neurales individuales en gran detalle. Se puede pulsar al “play” en el centro de la imagen para ver la animación que mueve el plano de corte del cerebro de izquierda a derecha, o puede moverse manualmente a través del cerebro usando el cursor de debajo. Los neurocirujanos a veces utilizan este tipo de visualización cuando buscan señales de un tumor.

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Al igual que la mayor parte de las carreteras en España son provinciales en lugar de autopistas, la mayoría de las conexiones en el cerebro son de corto alcance.  En esta herramienta interactiva, se han eliminado las fibras en función de su longitud. A mediad que se mueve el cursor hacia la derecha, se van eliminando la fibras más largas.

Las fibras rojas y naranjas de la parte inferior izquierda, que empiezan a desaparecer cuando el cursor se encuentra en el punto medio, son parte de las vías de asociación sensorial del cerebro, que integran la información auditiva y visual, por ejemplo.  Las últimas fibras que permanecen en la imagen, azules con forma de C, forman parte del  haz del cingulum, que salen desde el cortex prefrontal, implicado en funciones cognitivas superiores, y llegan hasta el cortex parietal, el cual está implicado principalmente en procesar información sensorial.

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Esta visualización comienza en el hemisferio derecho del cerebro, y luego rota en el sentido de las agujas del reloj.  Cuando llevamos una quinta parte de vídeo, se muestra una visión frontal. Esta imagen muestra sólo un subconjunto de fibras que intersectan un plano vertical del hemisferio izquierdo del cerebro. Debido a que la mayoría de las conexiones del cerebro son de corto recorrido, el hemisferio izquierdo aparece más dénsamente poblado que el derecho: hay pocas fibras cuyo origen está en el hemisferio izquierdo que viajan hasta el derecho.

Un caso clínico: paciente con tumor cerebral

http://link.brightcove.com/services/player/bcpid37875717001?bctid=1811520540

Este vídeo combina diferentes tipos de imagen para visualizar un tumor cerebral en una mujer.  Se han superpuesto sobre una imagen de la cabeza del paciente imágenes en blanco y negro generadas por resonancia magnética (RMN) presentadas secuencialmente en tres ejes diferentes: de lado a lado, de frente a atrás y de arriba a abajo. El tumor se muestra en amarillo en el hemisferio izquierdo del cerebro. Científicos analizaron los datos obtenidos por RMN para trazar el mapa de las fibras nerviosas en el cerebro, que se pueden ver de color rojo, verde y púrpura Los neurocientíficos usan este mapa durante la cirugía para eliminar el tumor evitando dañar la fibras nerviosos implicadas en importantes funciones cerebrales. Vídeo por NTUH.

Interactive Tools

The three tools below show data gathered in different ways from a living human volunteer. In each image, the brain is viewed from the back at a three-quarter profile, with the volunteer’s eyes pointed back and toward the right.

http://www.technologyreview.com/articlefiles/0811Brain/video_player_TV01.swf

In this interactive tool, only the fibers that intersect a given vertical plane are shown in each still image. Visualizing only a subset of the brain’s densely packed neural fibers allows individual networks to be studied in greater detail. Users can either click on the arrow in the center of the image to view a movie that moves the plane through the brain from left to right, or they can move manually through the brain using the cursor below. Neurosurgeons sometimes use this type of visualization when searching for signs of a tumor.

http://www.technologyreview.com/articlefiles/0811Brain/video_player_TV02.swf

Just as most roads in the United States are local streets rather than interstate highways, most connections in the brain are short range. In this interactive tool, fibers are removed based on their length. As the cursor moves right, progressively longer fibers are subtracted from the visualization.

The red and orange fibers in the lower left quadrant of the image, which begin to disappear when the cursor is at its midpoint, are part of the brain’s sensory association pathways, integrating visual auditory information, for example. The last fibers to remain–the blue C-shaped fibers running horizontally across the middle of the image–are part of the cingulum bundle, which runs from the prefrontal cortex, which is involved in planning and higher cognitive function, to the parietal cortex, which is mainly involved in synthesizing sensory information.

http://www.technologyreview.com/articlefiles/0811Brain/video_player_TV03.swf

This visualization begins with a view of the brain’s right hemisphere, then rotates clockwise. A head-on view is shown about one-fifth of the way through. This image shows only a subset of fibers that intersect a vertical plane in the left hemisphere of the brain. Because most connections in the brain are short range, the left hemisphere appears more densely packed than the right; few fibers travel from their origins in the left hemisphere to the right.

A Clinical Case: Patient with Brain Tumour

http://link.brightcove.com/services/player/bcpid37875717001?bctid=1811520540

This video combines different types of brain imaging to visualize a brain tumor in a female patient. Superimposed on a picture of the patient’s head are black and white images generated from traditional magnetic resonance imaging (MRI) presented sequentially in three different axes: side to side, front to back, and top to bottom. The tumor is then shown in yellow in the left hemisphere of the brain. Scientists further analyzed the data collected from the MRI to map the network of nerve fibers in the brain, seen here as red, green, and purple fibers. Neurosurgeons use these maps during surgery to remove the tumor to avoid damaging fiber tracts that are linked to important brain functions.Video by NTUH.


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