Caracterización de la transición entre estados de salud usando correlaciones espaciales y temporales de la señal cerebral de resonancia magnética funcional (fMRI) y de difusión (dMRI).

Abstract

Caracterizar el funcionamiento y la estructura del cerebro humano conforma uno de los desafíos más interesantes desde tiempos inmemoriales. Entender sus posibles estados y alteraciones a partir de las bases del conocimiento presenta infinidad de obstáculos, algunos de los cuales han podido sortearse. Los avances en materia científica y tecnológica del siglo XX, permitieron un abordaje prometedor en este campo, siendo sin lugar a dudas la técnica de imágenes por resonancia magnética nuclear (MRI) la más prometedora para el estudio del cerebro, constituyendo un claro ejemplo del alcance de la Física a otras disciplinas, como lo es la Medicina. Este tipo de métodos tienen un rol fundamental en los estudios interdisciplinarios ya que empujan constantemente los límites de la ciencia y la tecnología. El principal objetivo de esta Tesis es implementar técnicas de imágenes de difusión de MRI (dMRI) e imágenes funcionales en estado de reposo (fMRI) para evaluar posibles anomalías presentes en la microestructura de fibras nerviosas de sustancia blanca, y en las conectividades funcional y estructural en personas en riesgo genético de padecer la enfermedad de Alzheimer (AD). Con este propósito, se expandieron las métricas ya conocidas para fMRI y dMRI de modo tal de definir posibles predictores de la enfermedad. Para llevarlo a cabo, se ha explorado una muestra de sujetos adultos cognitivamente asintomáticos, pero con antecedentes de la AD en familiares de primer grado, mediante diversas metodologías. Se ha estudiado la arquitectura de las vías que conectan las áreas cerebrales que se ven primeramente afectadas durante la enfermedad mediante el análisis de dMRI. Se caracterizaron también la conectividad funcional y estructural de esta muestra de sujetos y se las comparó con la de un grupo de personas demográficamente equiparables pero sin antecedentes familiares de AD. Además, se asociaron estos aspectos con variables comportamentales y con la morfología de regiones cerebrales de especial interés para la enfermedad. Por último, se buscó construir una métrica que cuantifique el acoplamiento entre las dos conectividades previamente obtenidas, funcional y estructural. Las técnicas puestas a prueba para el estudio de la sustancia blanca han revelado una alteración en su integridad en el grupo de estudio en comparación al grupo control. Este deterioro se observó en la región posterior del cuerpo calloso, un gran haz de fibras que conecta transversalmente los dos hemisferios cerebrales, y una pequeña porción del fórnix derecho. Llamativamente, las conexiones que forman parte de este sector deteriorado de sustancia blanca involucran regiones que se ven afectadas por la AD. Por su parte, se hallaron también diferencias en la conectividad funcional obtenida a partir de la corteza entorrinal, viéndose disminuida en el grupo con antecedentes familiares de AD. Sin embargo, no se encontraron diferencias significativas en la conectividad funcional a partir de los núcleos talámicos anterodorsales ni en la conectividad estructural global. Finalmente, se logró una métrica que describe el acoplamiento de las conectividades en distintos enfoques: por grupo de estudio, por región de interés y por pares de conexión. Para este último caso se han encontrado no solo pares de conexión de regiones cuyo acoplamiento de conectividades es estadísticamente diferente entre grupos, sino también conexiones con acoplamiento significativo en el grupo control y no en el grupo asociado a la AD, marcando una potencial deficiencia. Replicar los resultados aquí presentados en otras muestras similares de sujetos con antecedentes familiares de primer orden podría resultar en importantes implicancias para la definición de la conectividad cerebral en estadios tempranos de la AD.