Valutazione RM della funzione cerebrale alterata dall'esposizione al piombo

Panoramica dell'imaging

Tutte le indagini MRI e MRS saranno acquisite su uno scanner RM clinico 1.5. Le procedure MRI e MRS richiederanno circa mezz'ora per essere completate. I soggetti che hanno anche eseguito fMRI richiederanno un'altra sessione di scansione sullo scanner RM di ricerca 3T con un'ora per il completamento. L'orientamento alle procedure di scansione avverrà durante la visita al Centro Ricerche Imaging, previo completamento del consenso informato. Al soggetto verrà data una breve introduzione alle procedure generali di scansione RM e dimostrazione del macchinario MRI. Prima di iniziare gli studi, ai soggetti sarà permesso di familiarizzare con lo scanner per diminuire l'ansia per l'esperimento. I soggetti riceveranno istruzione e pratica nei comportamenti appropriati necessari per uno studio RM di successo. Il tecnico di ricerca RM ha oltre 10 anni di esperienza nel neuroimaging pediatrico e si prende molta cura di mettere i soggetti a proprio agio nella bobina della testa in modo che possano rimanere il più immobili possibile per tutta la durata della scansione. Al soggetto viene chiesto di selezionare un video da guardare e gli vengono forniti gli occhiali video per mettere a fuoco e adattarsi per adattarsi, immediatamente dopo essere entrati nella stanza dello scanner. Una volta sul tavolo, la testa del soggetto viene trattenuta all'interno di un poggiatesta imbottito con cuscinetti di gommapiuma aggiuntivi, mentre il soggetto sta guardando il video. Questa disposizione è comoda ma non scomoda. Al soggetto viene chiesto di tenere una pulsantiera in una mano; questo verrà utilizzato per fornire risposte che forniranno dati sulle prestazioni utilizzati per i controlli di validità sull'impegno dell'attività nonché la correlazione con i risultati dell'attivazione. Ad ogni soggetto verrà inoltre fornito un "pallone antipanico". I soggetti saranno attentamente orientati all'attrezzatura e all'ambiente e si impegneranno nella pratica esplicita di tutti i requisiti del compito.

Localizzatore anatomico e acquisizioni di immagini ad alta risoluzione

Dopo che i soggetti sono stati posizionati nello scanner, lo scanner verrà spessorato per fornire un campo magnetico omogeneo per l'acquisizione dell'immagine. Una scansione di allineamento iniziale viene eseguita simultaneamente su 3 piani ortogonali utilizzando una sequenza di eco gradiente veloce sviluppata per lo scanner. Questa scansione richiede circa 30 secondi e fornisce una rapida visione della posizione della testa del soggetto. Successivamente, sarà ottenuta una scansione neuroanatomica 3-D pesata in T1 ad alta risoluzione utilizzando un protocollo di inversion recovery, Fast Spoiled Gradient Echo (IR-prepped FSPGR) per fornire immagini per studi morfometrici, localizzazione di MRS e localizzazione anatomica delle mappe di attivazione . L'acquisizione richiede circa 6 minuti e produce una risoluzione spaziale minima di 1 mm x 1 mm x 1,5 mm con un rapporto segnale/rumore sufficiente e contrasto tra materia grigia e bianca per la segmentazione manuale e semiautomatica dei volumi cerebrali regionali.

Acquisizioni di spettroscopia RM protonica

I dati della spettroscopia Proton MR vengono acquisiti utilizzando il metodo di localizzazione della spettroscopia risolta in punti (PRESS). Graficamente, gli elementi di volume cubico 3D "voxel" sono posizionati nelle posizioni anatomiche in base alle immagini 3D. Il voxel 1 è posizionato nel cingolo anteriore, il voxel 2 nella corteccia prefrontale dorsalaterale sinistra, il voxel 3 all'interno dei gangli della base che comprende il caudato, il putamen e la capsula interna e il voxel 4 è posizionato lungo il giro temporale superiore. Il voxel 5 viene utilizzato come controllo ed è posizionato nel centro semiovale sinistro, una regione che si ritiene non sia interessata dalla materia bianca. I voxel 6 e 7 sono posizionati rispettivamente all'interno del cervelletto e del verme.

Acquisizioni MRI funzionali

La posizione delle 24 fette assiali da riprendere nelle procedure fMRI è identificata dalla sequenza di imaging anatomico ad alta risoluzione. Queste 24 fette, spesse 5 millimetri (120 mm), sono sufficienti a coprire aree che si estendono superiormente da sotto l'aspetto inferiore del cervelletto fino all'apice del cervello in un cervello adulto. I soggetti vengono sottoposti alla sequenza di scansione fMRI durante la quale verrà chiesto loro di eseguire compiti che possono coinvolgere linguaggio, memoria e attenzione. Il protocollo per le scansioni fMRI sarà un metodo T2-weighted gradient-echo Echo Planar Imaging (EPI). La sequenza temporale di periodi alternati (30 sec) delle condizioni del compito viene ripetuta 5,5 volte per un totale di 11 intervalli con 10 acquisizioni per intervallo, risultando in 240 immagini. 24 fette di immagine vengono acquisite per ogni punto temporale. La sincronizzazione delle scansioni fMRI con gli stimoli video è completamente automatizzata in modo che quando la presentazione visiva inizia sul computer Macintosh, attiva lo scanner Bruker MR per iniziare le acquisizioni. La presentazione MacStim e i tempi di scansione fMRI sono sincronizzati dal punto di trigger alla fine dell'esperimento. La sequenza MDEFT ad alta risoluzione consente di estrarre i 24 piani di scansione fMRI da questo set di dati anatomici 3D mediante interpolazione da utilizzare come base anatomica per le mappe di attivazione.

Paradigmi di prova

Il compito di generazione dei verbi si basa su quello descritto da Binder et al. e comporta la presentazione uditiva di una serie di sostantivi. Il soggetto deve generare i verbi associati a ciascun nome. Ad esempio, se viene presentato il sostantivo "palla", il soggetto potrebbe generare i verbi "lanciare", "calciare" e "colpire". Al soggetto viene chiesto di pensare i verbi in silenzio, senza pronunciarli, al fine di ridurre al minimo l'artefatto di movimento associato al discorso. L'esecuzione dell'attività viene monitorata premendo un pulsante ogni volta che il soggetto pensa a un verbo. Si presume che questo compito espressivo richieda l'impegno delle aree linguistiche dominanti del lobo frontale e del lobo parietale. Questo compito è derivato dalla letteratura clinica come un analogo MRI della procedura utilizzata nel test Wada. Ora è ampiamente utilizzato per testare la dominanza emisferica per il linguaggio negli adulti. È incluso nell'attuale protocollo in parte per fornire un punto di confronto con la letteratura esistente e con i nostri dati preliminari di altre popolazioni. Infine, questo è un compito semantico difficile e si inserisce perfettamente nell'ambito delle abilità linguistiche che stiamo cercando di monitorare con i giovani adulti esposti al piombo.

Per gli studi progettati per esaminare la memoria di lavoro, le attività "n-back" vengono amministrate utilizzando il software MacStim su un computer portatile Macintosh PowerBook. Il "n-back" è un'attività di memoria di lavoro in cui i soggetti visualizzano i numeri da uno a quattro che appaiono costantemente in uno dei quattro quadranti sullo schermo. I soggetti visualizzano gli stimoli attraverso il sistema di occhiali audiovisivi e rispondono utilizzando una casella di pulsanti su cui i pulsanti erano stati disposti in modo da corrispondere ai numeri che appaiono sullo schermo. Nella condizione "zero indietro", i soggetti premono il numero che corrisponde al numero che appare allora. Nella condizione "due indietro", il soggetto preme il pulsante corrispondente al numero che è apparso due posizioni prima del numero quindi sullo schermo. Durante le scansioni fMRI, ai soggetti viene chiesto di eseguire i compiti "zero e due indietro" in un disegno periodico a blocchi. Durante ogni condizione, 15 numeri appaiono in un intervallo di 30 secondi. In tutto, vengono presentati 11 intervalli su una scansione di 5 minuti e mezzo. L'attività "zero-back" funge da contrasto per le attività "two back". I dati del primo intervallo di attività "zero back" vengono scartati durante la post-elaborazione per evitare effetti di modulazione dell'intensità di non equilibrio.

Nel valutare l'attenzione, il CPT-IP viene somministrato utilizzando il software MacStim e un sistema audiovisivo compatibile con la risonanza magnetica. Durante le scansioni fMRI ai soggetti viene chiesto di eseguire l'attività CPT-IP in un disegno periodico a blocchi. I partecipanti si alternano tra due condizioni. Durante la prima condizione, i soggetti eseguono un compito di controllo durante il quale visualizzano un numero di quattro cifre che si ripete a una velocità costante (0,75 sec.) e vengono istruiti a guardare semplicemente il numero lampeggiante senza rispondere in alcun modo. Durante la seconda condizione, i soggetti guardano una serie di numeri a quattro cifre ad alta risoluzione che appaiono in una sequenza casuale e vengono istruiti a premere un pulsante di risposta quando vedono un numero ripetuto due volte di seguito durante la sequenza. I numeri appaiono di nuovo ogni 0,75 secondi.