Ultrassom doppler transcranial funcional para monitoramento do fluxo sanguíneo cerebral

Summary

O ultrassom doppler transcranário funcional complementa outras modalidades de imagem funcional, com sua alta resolução temporal de alterações induzidas por estímulo no fluxo sanguíneo cerebral dentro das artérias cerebrais basais. Este artigo métodos fornece instruções passo a passo para o uso de ultrassom doppler transcranário funcional para realizar um experimento de imagem funcional.

Abstract

O ultrassom doppler transcranial funcional (fTCD) é o uso de ultrassom doppler transcraniano (TCD) para estudar a ativação neural ocorrida durante estímulos como movimento físico, ativação de sensores táteis na pele e visualização de imagens. A ativação neural é inferida a partir de um aumento na velocidade de fluxo sanguíneo cerebral (CBFV) que fornece a região do cérebro envolvida no processamento da entrada sensorial. Por exemplo, a visualização da luz brilhante causa aumento da atividade neural no lobo occipital do córtex cerebral, levando ao aumento do fluxo sanguíneo na artéria cerebral posterior, que fornece o lobo occipital. Na FTCD, as mudanças no CBFV são utilizadas para estimar alterações no fluxo sanguíneo cerebral (CBF).

Com sua alta resolução temporal de velocidades de fluxo sanguíneo nas principais artérias cerebrais, o FTCD complementa outras técnicas de imagem funcional estabelecidas. O objetivo deste artigo methods é dar instruções passo a passo para o uso de fTCD para realizar um experimento de imagem funcional. Primeiro, serão descritos os passos básicos para identificar a artéria cerebral média (MCA) e otimizar o sinal. Em seguida, será descrita a colocação de um dispositivo de fixação para manter a sonda TCD no lugar durante o experimento. Finalmente, o experimento de respiração, que é um exemplo específico de um experimento de imagem funcional usando fTCD, será demonstrado.

Introduction

Na pesquisa de neurociência, muitas vezes é desejável monitorar a atividade cerebral em tempo real não invasivamente em uma variedade de ambientes. No entanto, as modalidades convencionais de neuroimagem funcional têm limitações que impedem a capacidade de capturar alterações localizadas e/ou rápidas de atividade. A verdadeira resolução temporal (não nervosa, não retrospectiva) da ressonância magnética funcional (fMRI) é atualmente da ordem de alguns segundos¹, que pode não capturar alterações hemodinâmicas transitórias ligadas à ativação neural transitória. Em outro exemplo, embora a espectroscopia funcional quase infravermelha (fNIRS) tenha alta resolução temporal (milissegundos) e resolução espacial razoável, ela só pode sondar alterações hemodinâmicas dentro do córtex cerebral e não pode fornecer informações sobre alterações que ocorrem nas artérias maiores que fornecem o cérebro.

Em contraste, fTCD — classificado como uma modalidade de neuroimagem — “imagem” refere-se às dimensões do tempo e do espaço, em vez de duas direções espaciais ortogonais mais familiares em uma “imagem”. fTCD fornece informações complementares a outras modalidades de neuroimagem, medindo altas resolução temporal (tipicamente 10 ms) alterações hemodinâmicas em locais precisos dentro dos vasos da circulação cerebral basal. Assim como outras modalidades de neuroimagem, a FTCD pode ser usada para uma variedade de experimentos, como estudar a lateralização da ativação cerebral durante as tarefas relacionadas à linguagem^2,3,4, estudar a ativação neural em resposta a vários estímulos somatossensorial⁵, e explorar a ativação neural em diversos estímulos cognitivos, como tarefas visuais^6,tarefas mentais⁷e até produção de ferramentas⁸.

Embora o fTCD ofereça várias vantagens para uso em imagens funcionais, incluindo baixo custo de equipamentos, portabilidade e segurança aprimorada (em comparação com o teste^{wada 3} ou tomografia de emissão de pósitrons [PET]), a operação de uma máquina de TCD requer habilidades obtidas pela prática. Algumas dessas habilidades, que devem ser aprendidas por um operador de TCD, incluem a capacidade de identificar várias artérias cerebrais e as habilidades motoras necessárias para manipular precisamente a sonda de ultrassom durante a busca pela artéria relevante. O objetivo deste artigo methods é apresentar uma técnica para o uso de fTCD para realizar um experimento de imagem funcional. Primeiro, serão listados os passos básicos para identificar e otimizar o sinal da AMC, que perfusa 80% do hemisfério cerebral^9. Em seguida, será descrita a colocação de um dispositivo de fixação para manter a sonda TCD no lugar durante o experimento. Finalmente, o experimento de respiração, que é um exemplo de um experimento de imagem funcional usando fTCD, será descrito, e resultados representativos serão mostrados.

Protocol

Toda a pesquisa de seres humanos foi realizada de acordo com o Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Nebraska-Lincoln, e o consentimento informado foi obtido de todos os sujeitos. 1. Localização do sinal MCA por TCD à mão livre NOTA: “Freehand” TCD refere-se à operação de TCD com um transdutor portátil para encontrar um sinal CBFV antes de iniciar um experimento fTCD. Configuração de parâmetros TCD Mantenha a potência a …

Representative Results

A Figura 3 mostra a amostra de espectros doppler e modos M coloridos do ponto médio do segmento M1 do MCA. Figura 3A,B foram tomadas na mesma posição no couro cabeludo, mas em ângulos diferentes. Observe como uma pequena mudança no ângulo, sem alterar a posição de contato no couro cabeludo,pode melhorar muito a força do sinal doppler, como mostrado pela coloração amarela de maior intensidade do espectrograma na Figura <strong…

Discussion

As etapas críticas do protocolo incluem 1) encontrar o MCA, 2) colocar a bandana e 3) realizar a manobra de respiração.

Modificações podem ser necessárias dependendo dos sujeitos do estudo. Por exemplo, indivíduos com Alzheimer podem ter dificuldade em seguir instruções, necessitando do uso de um capnógrafo para garantir o cumprimento das instruções de retenção da respiração¹⁵. Crianças pequenas podem ter dificuldade em…

Materials

Aquasonic	Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA	01-50	Ultrasound Gel
Doppler Box X	DWL Compumedics Gmbh, Singen, Germany	Model "BoxX"	Transcranial Doppler with 2-MHz monitoring probes
Kimwipes	Kimberly-Clark Professional	34256	Delicate Task Wipers
Transeptic	Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA	09-25	Cleaning Spray