Scopri Tutto sulla Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI): Guida Completa e Semplice!

La tecnica di Risonanza Magnetica funzionale (fMRI) consiste nell'uso dell'imaging a risonanza magnetica (MRI) per valutare la funzionalità di un organo o un apparato, in maniera complementare all'imaging morfologico. La fMRI è una tecnica di imaging biomedico non-invasiva, che fornisce una mappa delle aree cerebrali funzionalmente eloquenti. Viene impiegata sia a scopi clinici che di ricerca.

La Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI) è un esame innovativo che permette di analizzare l’attività cerebrale in tempo reale, con applicazioni in neurologia, neurochirurgia e ricerca neuroscientifica. La risonanza magnetica è una tecnica che permette di acquisire immagini anatomiche o funzionali relative a una serie di regioni corporee.

Principi di Base della fMRI

Questa tecnica è in grado di visualizzare la risposta emodinamica (cambiamenti nel contenuto di ossigeno del parenchima e dei capillari) correlata all'attività neuronale del cervello. L’attivazione corticale è associata con l’afflusso di emoglobina ossigenata in eccesso. L’ossiemoglobina, non paramagnetica, espelle la deossiemoglobina paramagnetica dai capillari e dalle venule in prossimità dei distretti attivi, ed in questo modo viene variato il rapporto tra ossiemoglobina e deossiemoglobina presenti nei distretti reclutati dall’attivazione.

La modificazione dello stato di ossigenazione dell’emoglobina nei globuli rossi è il principio teorico dell’effetto BOLD (Blood Oxygen Level Dependent), sul quale la fMRI si basa e che viene utilizzata come mezzo di contrasto endogeno. Tale variazione viene rivelata dal segnale di risonanza magnetica. I segnali di risonanza delle molecole magnetizzabili vengono misurati mediante l’aiuto di campi magnetici e onde radio.

Quando eseguiamo un compito (ad esempio un movimento della mano, la lettura di una parola, la percezione di una figura) alcune aree cerebrali specifiche vengono reclutate per lo svolgimento del compito. Le aree che vengono reclutate nel compito sono anche quelle in cui viene bruciato più ossigeno. Di conseguenza varia il rapporto tra ossiemoglobina e deossiemoglobina presenti nelle aree reclutate dall’attivazione. Tale variazione viene rivelata dal segnale di risonanza magnetica e tradotta in immagini utilizzabili in pratica.

Le caratteristiche intrinseche di questa metodica sono l’assenza di invasività (non viene somministrato mezzo di contrasto paramagnetico), l’elevata risoluzione spaziale e temporale, la facile riproducibilità e la possibilità di co-registrazione con immagini anatomiche di alta qualità. I campi di applicazione sono innumerevoli, volti a studiare e misurare i cambiamenti emodinamici del cervello in diverse condizioni di stimolazione (attiva o passiva) e con l’utilizzo di diversi paradigmi sperimentali (visivi, motori, cognitivi, ecc.).

Come Funziona l'Esame fMRI

La metodica si caratterizza per la semplicità di esecuzione. Prima della scansione vera e propria, il paziente viene istruito al compito che dovrà compiere una volta all’interno dello scanner. Gli viene chiesto di simulare il movimento da compiere (ad esempio, apertura e chiusura della mano) o il compito mentale da eseguire (ad esempio, leggere delle parole proiettate su un monitor).

Durante l’esame di fMRI il paziente si stende su un apposito lettino, in una posizione confortevole, e viene introdotto all’interno dell’apparecchiatura. Un’apparecchiatura RM compatibile costituita da un monitor e occhiali montati sopra alla bobina d’acquisizione delle immagini permette al paziente di visualizzare i compiti visivi da eseguire durante la scansione di fMRI. Il paziente è in continuo contatto con il personale e con il medico. Le immagini e le istruzioni vengono presentati mediante speciali occhialini posizionati sugli occhi del paziente, e le cuffie.

Gli stimoli possono essere visivi (delle figure, dei filmati o delle frasi da leggere) o uditivi (dei suoni, delle parole o delle frasi), oppure tattili (mediante stimolazione tattile del dorso della mano destra o sinistra). I pazienti a volte devono rispondere premendo dei pulsanti. Viene posizionato un tastierino, che serve a dare le risposte.

Durante le misurazioni è estremamente importante mantenere la testa ferma il più possibile perché i movimenti disturbano l’acquisizione delle immagini. Durante l’acquisizione delle immagini ai pazienti viene chiesto di eseguire dei semplici compiti. Si alternano delle fasi di riposo con delle fasi attive di svolgimento di un compito. Infatti, l’attività neurale che è associata con un compito cognitivo specifico viene rilevata mediante il confronto tra le fasi di riposo e le fasi attive che si alternano a blocchi.

I pazienti eseguono vari test come visione di video, ascolto di suoni, percezione, memorizzazione, e premono alcuni pulsanti. Vengono dunque utilizzati dei semplici compiti in grado di attivare le aree cerebrali responsabili. I compiti vengono scelti in base alla localizzazione ed estensione della lesione e in base alla valutazione delle funzioni cognitive eseguita prima della Risonanza.

Applicazioni Cliniche e di Ricerca

La fMRI viene utilizzata principalmente in ambito neurochirurgico per la pianificazione pre e post chirurgica delle strutture e delle funzioni corticali in rapporto con una lesione. In sala operatoria poi, con paziente sveglio, per il monitoraggio intraoperatorio delle aree cerebrali eloquenti e/o motorie (awake surgery) permette la programmazione della strategia chirurgica al fine di ridurre al minimo i rischi di deficit post operatorio.

La fMRI permette di rilevare i collegamenti tra l’attivazione del cervello e i compiti che il soggetto esegue durante la scansione. L’informazione fornita dalla fMRI può aiutare il neurochirurgo a verificare se, all’interno della lesione o nelle sue vicinanze, persiste un’attività funzionale e a pianificare prima della chirurgia l’approccio chirurgico ottimale. Intra-operatoriamente, aiuta il neurochirurgo ad orientarsi fornendo informazioni strutturali e funzionali.

La fMRI viene utilizzata per studiare i diversi processi cognitivi (linguaggio, attenzione, memoria, decisione) nel normale e nel patologico, nel campo dell’epilessia ai fini di valutazione della lateralizzazione verbale pre-lobectomia, nello stroke per il monitoraggio del recupero funzionale dopo insulto ischemico cerebrale, nelle malattie degenerative (demenza di Alzheimer), nello studio neurofisiologico dei disturbi d’ansia e di panico.

Esempi di Test Specifici

Funzione Motoria: Durante il mappaggio motorio, si chiede di muovere i diversi distretti corporei. Lo scopo è di identificare la rappresentazione corticale della mano, del piede e della bocca, in modo da evitare di toccare, durante l’intervento tali aree, diminuendo così il rischio di creare una paresi.
Funzioni Linguistiche: I compiti linguistici possono determinare la dominanza emisferica per il linguaggio e localizzare le aree corticali linguistiche.
Uditivo: Per mappare le aree uditive, usiamo un compito di ascolto e di riconoscimento di suoni ambientali, come ad esempio ascoltare e denominare il fischio di un treno, il miagolio di un gatto, un applauso.
Competenze Sociali ed Emozioni: Essere consapevole e capace di interagire socialmente è cruciale nella vita di ogni giorno. Corrisponde alla capacità di comprendere le intenzioni degli altri, ossia la teoria della mente.

Vantaggi della fMRI

Non invasiva (senza radiazioni)
Alta risoluzione spaziale
Rilevazione in tempo reale dell'attività cerebrale
Utile per la pianificazione chirurgica e la ricerca

Limitazioni

Risoluzione temporale limitata dalla risposta emodinamica (secondi)
Sensibile ai movimenti del paziente
Controindicata per persone con impianti metallici non compatibili

Considerazioni Importanti

Il rischio di una resezione chirurgica dipende anche dalla prossimità della lesione alle aree funzionalmente eloquenti, ovvero le aree cerebrali che sono coinvolte nello svolgimento di un determinato compito cognitivo come parlare, leggere, percepire una figura, muovere una parte del corpo e via dicendo. Le mappe ottenute vengono usate per il planning chirurgico, in sala operatoria vengono visionate usando il neuronavigatore che mostra in tempo reale la posizione dell’azione chirurgica in atto sulle immagini di risonanza. Inoltre, l’esito della fMRI viene utilizzato per scegliere i compiti che il paziente che viene operato in awake surgery svolgerà durante il Testing Neuropsicologico in Tempo Reale.

La risonanza magnetica è controindicata ai portatori di pacemaker (tranne quelli esplicitamente compatibili di recente introduzione), di alcuni tipi di protesi delle valvole cardiache e di impianti metallici, ed in generale in presenza di corpi estranei metallici nel corpo umano. Il paziente deve stendersi supino su un lettino che, attraverso un comando elettronico, viene fatto scorrere all’interno dell’apparecchiatura. Durante l’esame, il soggetto deve mantenere la testa ferma il più possibile perché i movimenti disturbano l’acquisizione delle immagini. In caso di malessere, può comunicare con il medico o con il personale addetto, tramite gli altoparlanti e i microfoni posizionate nella macchina.