Fonte: Laboratórios de Jonas T. Kaplan e Sarah I. Gimbel - Universidade do Sul da Califórnia

Técnicas tradicionais de imagem cerebral usando ressonância magnética são muito boas em visualizar as estruturas brutas do cérebro. Uma imagem estrutural do cérebro feita com ressonância magnética fornece alto contraste das bordas entre matéria cinza e branca, e informações sobre o tamanho e a forma das estruturas cerebrais. No entanto, essas imagens não detalham a estrutura subjacente e a integridade das redes de matéria branca no cérebro, que consistem em feixes de axônio que interligam regiões cerebrais locais e distantes.

A ressonância magnética de difusão usa sequências de pulso sensíveis à difusão de moléculas de água. Medindo a direção da difusão, é possível fazer inferências sobre a estrutura das redes de matéria branca no cérebro. Moléculas de água dentro de um axônio são restringidas em seus movimentos pela membrana celular; em vez de se moverem aleatoriamente em todas as direções com igual probabilidade (movimento isotrótrópico), eles são mais propensos a se mover em determinadas direções, em paralelo com o axônio (movimento anisotrótrópico; Figura 1). Portanto, acredita-se que medidas de anisotropia de difusão refletem propriedades da matéria branca, como densidade de fibras, espessura do axônio e grau de mielinação. Uma medida comum é a anisotropia fracionária (FA). Os valores da FA variam de 0, que representa movimento totalmente isotrópica, a 1, refletindo anisotropia máxima.

Figura 1: Anisotropia difusa. Quando a direção da difusão é desconstreada e aleatória, o movimento é medido em todas as direções igualmente. Esta é difusão isotrópica (A). Quando moléculas de água são contidas dentro do axônio de um neurônio, a difusão é anisotropica,tende a ocorrer com mais frequência ao longo da direção do axônio (B). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Neste experimento usaremos imagens tensor de difusão (DTI) para medir a integridade da matéria branca em lesão cerebral traumática (TBI). TBI ocorre quando uma força externa fere o cérebro, como um golpe na cabeça ou um movimento repentino como o que pode ocorrer em um acidente de carro. Este tipo de lesão cerebral de forças mecânicas está associada com danos difusos de lesão axonal à matéria branca em todo o cérebro. Por ser uma lesão que afeta a integridade da matéria branca, as técnicas padrão de neuroimagem podem não revelar o dano. No entanto, as medidas de difusão são especialmente sensíveis a essas mudanças anatômicas. Após um estudo de Kraus et al. ¹, comparamos um grupo de controles saudáveis a um grupo de pessoas com TCE e usamos imagens de difusão para medir o efeito do TBI na matéria branca cerebral. Além disso, testaremos a relação entre integridade da matéria branca e função cognitiva usando uma tarefa de atenção. ² Este estudo utiliza uma abordagem de região de interesse (ROI) com foco em três tratos de matéria branca: o esplenio do caloso corpus, a radia de coroa anterior e o fasciculus longitudinal superior(Figura 2).

Figura 2: Regiões de interesse. Os três ROIs, definidos a partir do atlas ICBM DTI-81, são mostrados aqui em fatias horizontais através do cérebro. Em verde está o espálnio do corpus calosum. O baço é a parte mais posterior do corpo caloso. Em azul está a coroa anterior radiata. O fasciculus longitudinal superior é mostrado em vermelho. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

1. Recrutamento de participantes

1. Recrute 20 participantes com TCE moderado a grave e 20 controles de idade compatível. Todos os participantes devem ter mais de 18 anos.
   1. Pacientes com TCE deveriam ter sofrido um ferimento na cabeça fechado que ocorreu há pelo menos 6 meses. O TCE é diagnosticado avaliando vários fatores, como alterações na consciência, perda de consciência e perda de memória de antes ou depois do acidente. Para ser classificado como moderado a grave, o paciente deve ter experimentado um

Os valores fa dos três ROIs são mostrados na Figura 3. A anisotropia fracionária foi significativamente menor no grupo TBI nos três ROIs, indicando a presença de danos generalizados da matéria branca nesses indivíduos. Esta perda não localizada da integridade da matéria branca é típica da TBI.

Figura 3: Anisotropia reduzida em...

Como a imagem de difusão pode revelar diferenças na estrutura da matéria branca que muitas vezes não são visíveis com a ressonância magnética tradicional, é uma ferramenta importante para entender a estrutura e a função do cérebro. Neste experimento identificamos um marcador clinicamente relevante para lesão cerebral traumática que pode ser usado para prever as consequências comportamentais de tal lesão. O DTI tem sido especialmente útil no estudo do desenvolvimento cerebral, uma vez que mudanças na est...

1. Kraus, M.F., et al. White matter integrity and cognition in chronic traumatic brain injury: a diffusion tensor imaging study. Brain. 130, 2508-2519 (2007).
2. Niogi, S.N., et al. Structural dissociation of attentional control and memory in adults with and without mild traumatic brain injury. Brain. 131, 3209-3221 (2008).
3. Fan, J., McCandliss, B.D., Sommer, T., Raz, A., & Posner, M.I. Testing the efficiency and independence of attentional networks. J Cogn Neurosci. 14, 340-347 (2002).