ANO 9 Edição 97 - Outubro 2020 INÍCIO contactos

Marinho Lopes


O que nos vai na cabeça – parte III    

 

Já vos falei de electroencefalogramas e magnetoencefalogramas para medir sinais eléctricos e magnéticos produzidos pelo cérebro (ver primeira e segunda parte deste artigo nas edições 95 e 96 da InComunidade). Que mais podemos medir? Nesta terceira parte vou abordar a técnica que é quiçá a mais famosa actualmente para medir actividade cerebral: a imagem por ressonância magnética funcional, ou fMRI do inglês functional Magnetic Resonance Imaging. Mas antes dela, terei que referir o CT scan e o MRI.

A ressonância magnética é neste momento a técnica que nos permite observar a estrutura interna do cérebro com melhor detalhe (sem considerar técnicas invasivas, que requerem a abertura do crânio). É bastante melhor que um CT scan (isto é, uma tomografia computorizada, TC em português), o qual faz uso de raios-X para mapear o cérebro.

Eis uma comparação de um CT scan com uma ressonância magnética (MRI):

 

 

O detalhe das estruturas cerebrais é consideravelmente melhor no MRI.

Eis as respectivas máquinas que permitem criar estas imagens (CT scanner à esquerda, MRI scanner à direita):

 

 

As máquinas podem parecer semelhantes, mas o seu funcionamento é bastante diferente. 

No CT scan (ou CAT scan) faz-se passar raios-X segundo diversas orientações pelo cérebro do paciente (onde os raios-X são luz de elevada frequência). O corpo humano é de certa forma “transparente” aos raios-X, isto é, deixa-os passar. Contudo, os raios-X são atenuados de forma diferente por diferentes estruturas do corpo humano (neste caso do cérebro), o que permite inferir a localização destas quando se faz passar os raios-X através de múltiplas direcções. A tomografia é “computorizada” porque precisamos de um computador para compor de forma coerente os resultados obtidos dos múltiplos raios-X usados de forma a obter imagens que consigamos interpretar visualmente. 

Em contraste, na ressonância magnética (MRI) usam-se campos magnéticos muito fortes para “magnetizar” as moléculas de água dentro do nosso corpo (dentro do cérebro, por exemplo). Os campos usados são normalmente de 1.5 ou 3 tesla, isto é, campos magnéticos com magnitudes quase um milhão de vezes superiores ao campo magnético terrestre, ou cerca de um milhar de vezes mais fortes que os ímans do frigorífico.

Para quem se recorda de um pouco de química, na molécula de água, H2O, os átomos de hidrogénio são um dipolo magnético, o qual funciona como uma bússola na presença de um campo magnético externo: o dipolo alinha-se com o campo magnético. Assim, quando a cabeça do paciente se encontra dentro do MRI scanner, o poderoso campo magnético do MRI consegue alinhar os dipolos magnéticos da água dentro do cérebro do indivíduo. Isto por si só não produz qualquer informação. Além do campo magnético, o MRI scanner faz passar pulsos de luz rádio pela cabeça do sujeito de forma a perturbar os dipolos magnéticos da água (a luz rádio é de baixa frequência, ver o artigo supramencionado). Esta perturbação faz com que cada dipolo produza campos magnéticos, os quais podem depois ser medidos pelo MRI scanner. Note-se que estes campos magnéticos não têm nada a ver com os campos medidos pelo magnetoencefalograma! O magnetoencefalograma mede campos produzidos pela actividade neuronal, enquanto que o MRI mede campos magnéticos produzidos pelas perturbações de ressonância magnética nas moléculas de água presentes nas várias estruturas do cérebro. Através da alteração dos parâmetros que caracterizam a luz rádio usada para perturbar os dipolos magnéticos da água é possível obter imagens com diferentes contrastes, visto que diferentes estruturas cerebrais têm propriedades diferentes que podem ser mapeadas com luz de diferentes características. 

Quer o CT scan, quer o MRI, não medem actividade neuronal! São antes técnicas importantes para mapear a estrutura interna do cérebro. O CT scan pode ser usado para encontrar tecido neuronal morto, hemorragias, tumores, calcificação, entre outros, enquanto que o MRI é usado para problemas mais “subtis”, como doenças cerebrovasculares, neoplasmas (massas anormais de tecido), tumores mais pequenos, epilepsia, entre outros.

Como é que podemos então medir actividade neuronal alterando um pouco o MRI?

Acontece que a actividade neuronal consome energia! Este consumo de energia traduz-se numa diferença de concentrações de sangue arterial (isto é, sangue oxigenado) e sangue venoso (sangue pobre em oxigénio), visto que o oxigénio é parte do combustível usado. Esta diferença de concentrações produz heterogeneidade nos campos magnéticos locais, a qual pode ser avaliada usando o método BOLD (do inglês blood-oxygenation-level-dependent, isto é, nível dependente de sangue oxigenado). O aspecto essencial é que sangue oxigenado responde de forma diferente ao campo magnético (e às perturbações) em relação ao sangue não oxigenado, pelo que é possível medir estas diferenças ao longo do tempo e observar as áreas do cérebro que estão a consumir mais oxigénio e que por isso se supõe que estejam mais activas.

O fMRI é, portanto, um tipo de MRI “especial” que nos permite obter imagens deste género:

 

 

A vermelho estão indicadas as zonas mais activas durante a execução de uma dada tarefa. Note-se que as tarefas que as “cobaias” podem executar durante estes exames estão por norma limitadas a algo que não envolva movimentos, pois qualquer movimento produz “erros” difíceis de corrigir nas imagens. Se já fizeram um exame deste género, o técnico ter-vos-á pedido para se manterem quietinhos…

O fMRI tem uma resolução espacial bastante melhor que o electroencefalograma e que o magnetoencefalograma, contudo a resolução temporal é centenas de vezes pior (o fMRI não consegue medir actividade que ocorra a frequências superiores a 1Hz, em parte por causa da natureza do sinal e não tanto por causa de limitações tecnológicas). Ainda assim, o fMRI é hoje a técnica predominante para estudar a localização de funções cerebrais, tendo revolucionado por completo a investigação em ciências cognitivas.

Na quarta e última parte irei abordar os PET scans e irei concluir com algumas considerações gerais sobre o que estas técnicas todas nos permitem inferir sobre “o que nos vai na cabeça”.

 

 

“O nosso estudo de fMRI mostra que sujeitos a executar tarefas simples de memória mostram actividade em partes do cérebro associadas com ruídos altos, claustrofobia, e roubo de jóias.” (Cartoon do xkcd). Este cartoon ilustra um dos problemas na interpretação do fMRI…

Bibliografia:
Este artigo foi em parte inspirado no quarto capítulo do livro: Buzsáki, G. (2006). Rhythms of the Brain. Oxford University Press.

 

 

Marinho Lopes é Doutor em Física pela Universidade de Aveiro.

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Revista InComunidade, Edição de Outubo de 2020


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