p Imagem de ressonância magnética funcional, ou fMRI, transformou nossa visão do cérebro, permitindo que os pesquisadores identifiquem áreas associadas a tudo, desde depressão e demência a jogar xadrez e praticar sexo. p Sua principal limitação, Contudo, é a resolução:mesmo os scanners mais poderosos, usando ímãs fortes de 7 a 10 Tesla (7T a 10T), muitas vezes só consegue localizar a atividade dentro de uma região medindo vários milímetros de lado - o tamanho de um grão de arroz - que compreende cerca de 100, 000 neurônios individuais fazendo uma variedade de coisas diferentes.

p Para aumentar o zoom em grupos menores de neurônios, Universidade da Califórnia, Os pesquisadores de Berkeley reimaginaram as técnicas e instrumentos de fMRI para aumentar a resolução em um fator de 20. Eles usarão uma nova doação da Iniciativa BRAIN de US $ 13,43 milhões do National Institutes of Health para construir o NexGen 7T até 2019 para fornecer as imagens de maior resolução do cérebro já obtido, capaz de se concentrar em uma região do tamanho de uma semente de papoula.

p "Nossa inovação em tecnologia de ressonância magnética requer um redesenho total de quase todos os componentes do scanner, não apenas uma mudança incremental, "disse o pesquisador principal David Feinberg, professor adjunto do Helen Wills Neuroscience Institute da UC Berkeley e presidente da Advanced MRI Technologies. "A imagem de resolução muito maior vai superar as barreiras de tamanho na imagem do córtex e deve levar a novas descobertas no cérebro humano, espero que com grande impacto médico. "

p Com a capacidade de localizar a atividade em um volume de 0,4 milímetros de lado, eles serão capazes de criar imagens de regiões funcionais nas quais a maioria dos neurônios está envolvida no mesmo tipo de processamento. As dimensões são fundamentais porque a camada externa do cérebro, o córtex cerebral, é composto por microcircuitos repetidos em forma de colunas de neurônios com 0,4 milímetros de lado e 2 milímetros de comprimento. No córtex visual, por exemplo, cada coluna responde a uma característica específica do mundo sensorial, como as bordas verticais de objetos em oposição às bordas horizontais.

p A ressonância magnética de ultra-alta resolução será capaz de ampliar essas colunas e registrar sua atividade, e eles irão conectar mais facilmente essas colunas com estudos da atividade de neurônios individuais.

p "Este é um avanço revolucionário, "disse Ehud Isacoff, diretora do Helen Wills Neuroscience Institute e professora de biologia molecular e celular. "Isso traria os estudos da função e dos circuitos do cérebro humano à melhor escala ao examinar o microcircuito cortical fundamental e, portanto, tornam possível relacionar a análise não invasiva da função do cérebro humano a estudos animais invasivos de células e circuitos locais de uma forma nunca possível antes. "

p Rastreando o fluxo sanguíneo

p A ressonância magnética funcional (fMRI) funciona rastreando o sangue oxigenado à medida que ele se move pelo cérebro. Os neurônios ativos requerem mais oxigênio para queimar combustível e, portanto, requerem o fornecimento de mais sangue oxigenado.

p A ressonância magnética clínica é normalmente usada para procurar anormalidades no fluxo sanguíneo no cérebro; fMRI é usado principalmente para pesquisar a função cerebral, localização de áreas que estão ativas durante processos como percepção ou memorização.

p A resolução espacial dos registros de fMRI depende da variação ou gradiente do campo magnético e indiretamente do tamanho dos detectores, que são bobinas de arame dispostas ao redor da cabeça para captar sinais fracos. Embora as ressonâncias magnéticas clínicas exijam grandes bobinas para obter imagens no fundo do cérebro, Feinberg projetou um sistema fMRI com um número muito maior de bobinas menores que fornecem um sinal muito mais forte, produzindo a resolução mais alta na superfície externa do cérebro necessária para identificar as camadas principais do córtex.

p O novo scanner dará aos neurocientistas a capacidade de se concentrar nas camadas corticais onde reside a maioria dos circuitos neuronais, bem como identificar melhor os circuitos de grande escala que conectam diferentes regiões do cérebro.

p Feinberg e seus colegas irão colaborar com a Siemens, líder mundial na fabricação de scanners de ressonância magnética, não apenas para construir componentes para o novo sistema fMRI, mas para garantir que o design possa ser rapidamente aprimorado para produzir scanners de última geração para pesquisadores de todo o mundo.

p "Este é um novo tipo de parceria que permitirá uma disseminação sem precedentes de conhecimento e inovação para a comunidade de pesquisa, "Disse Isacoff.

p Feinberg, um físico, vai se juntar a Chunlei Liu, professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação, especializado em imagens de ressonância magnética; Jack Gallant, um professor de psicologia que colaborou com Feinberg para testar novas maneiras de extrair informações dos fMRIs de hoje; Ana Arias, professor do EECS e especialista em eletrônica flexível; Michael Lustig, um professor associado do EECS que desenvolveu novas maneiras de acelerar o exame de ressonância magnética; Michael Silver, um professor de optometria que usa fMRI para estudar as áreas visuais do cérebro e como o processamento neuronal nessas áreas é influenciado pela atenção e aprendizagem perceptual; e Pratik Mukherjee, neurorradiologista clínico e professor de radiologia e bioengenharia na UCSF e no hospital San Francisco Veterans Administration, que espera usar o novo fMRI para entender e tratar lesão cerebral traumática, autismo e epilepsia.

p Colaboradores importantes adicionais incluem pesquisadores do Departamento de Radiologia do Hospital Geral de Harvard / Massachusetts, incluindo Kawin Setsompop, um engenheiro pioneiro na tecnologia de aceleração de imagem; Lawrence Wald, um físico que projeta e integra tecnologia de bobinas; e Jonathan Polimeni, um cientista focado em fMRI de alta resolução.

p "A resolução aprimorada vem de inovações no design de hardware, controle de scanner e computação de imagem, "disse Liu, o co-líder do projeto.

p Gallant, Liu e Silver também são membros do Helen Wills Neuroscience Institute e da Berkeley Brain Initiative.

p Berkeley e MRI

p "O resultado deste fMRI de ultra-alta resolução será a visão mais avançada de como as propriedades da mente, como percepção, memória e consciência, emergir de operações cerebrais, "Feinberg disse." A capacidade de observar distúrbios nas estruturas e funções cerebrais irá avançar radicalmente no diagnóstico e compreensão das doenças neurológicas e neurodegenerativas. "

p A UC Berkeley está envolvida no desenvolvimento da ressonância magnética logo após a descoberta da ressonância magnética nuclear na década de 1940. O falecido físico da UC Berkeley, Erwin Hahn, fez várias descobertas importantes, incluindo o efeito de eco de rotação, que levou à ressonância magnética moderna.

p Hahn descreveu os princípios de criação de um sinal de eco gradiente, alternando rapidamente um gradiente magnético, e gradiente de eco tornou-se a base da imagem plana de eco (EPI), agora usado essencialmente para todos os fMRI, Feinberg disse. EPI, que cria quadros de filmes instantâneos do cérebro para realizar fMRI, foi inventado por Sir Peter Mansfield, que em 2003 compartilhou o Prêmio Nobel de fisiologia ou medicina pelo desenvolvimento de ressonância magnética.

p O prêmio BRAIN Initiative para Feinberg é o maior de quatro doações de cinco anos, totalizando $ 39,7 milhões anunciados na semana passada pelo Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia, concedido a pesquisadores que desenvolvem ferramentas de imagem não invasivas para estudar o cérebro humano

p "Cada projeto é baseado em novos conceitos, representando os tipos de ferramentas de que precisamos para o futuro da imagem não invasiva para a comunidade neurocientífica, "disse Guoying Liu, diretor do programa de ressonância magnética do NIBIB.