Metode de neurocercetare

English

Pentru a putea înțelege cum funcționează creierul, neurocercetătorii folosesc o gamă largă de metode. Cele mai întâlnite sunt imagistica funcțională prin rezonanță magnetică nucleară (fRMN), electro-/magnetoencefalografia (E/MEG), înregistrările electrofiziologice ale neuronilor individuali și stimularea transcraniană magnetică/cu curent continuu (STM/STC). Fiecare dintre aceste metode are atât avantaje, cât și dezavantaje și fiecare dintre ele poate fi folosită pentru a răspunde la un anumit tip de întrebări. 

1. fRMN

D__NIMHRoot_IL_LibraryImages_High_Patient enters MRI
Figura 1. Scanner RMN. Participantul stă întins pe masă, care este apoi împinsă în interiorul magnetului. (Imagine de la National Institute of Mental Health, National Institutes of Health, Department of Health and Human Services, via NIMH Image Library)

Imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) (Figura 1) este o metodă care folosește câmpuri magnetice puternice și gradienți de câmp magnetic pentru a produce imagini ale creierului. Acestea oferă informații despre anatomia creierului și pot fi utile pentru a detecta, de exemplu, tumori, precum și alte anomalii cerebrale. RMN-ul este însă o metodă ce poate genera doar imagini statice ale creierului, dar neurocercetătorii încearcă, în cele mai multe situații, să înțeleagă felul în care activitatea cerebrală se modifică în timp ca răspuns la diferiți stimuli și cerințe cognitive.

De aceea cercetătorii au creat RMN-ul funcțional. Două lucruri au făcut posibilă dezvoltarea acestei technici: în primul rând, observația că sângele oxigenat și cel deoxigenat au proprietăți magnetice diferite; în al doilea rând, faptul că, pe măsură ce regiunile din creier devin active ca răspuns la anumite cerințe (ex., cortexul vizual este activat atunci când trebuie să examinăm o scenă vizuală), nevoia lor de oxigen crește, ceea ce duce la un influx crescut de sânge oxigenat în aceste regiuni. Spre deosebire de RMN-ul tradițional, RMN-ul funcțional le permite cercetătorilor să observe în ce fel creierul răspunde la diferiți stimuli.

Avantajul fRMN-ului este rezoluția spațială (poate fi capabil să ajungă până la 1 mm). Din păcate, din cauza faptului că schimbările în fluxul sangvin se petrec lent (în până la câteva secunde) în comparație cu schimbările în răspunsurile neuronale (în câteva milisecunde), această metodă are rezoluție temporală foarte scăzută.

2. E/MEG

EEG_Recording_Cap
Figura 2. Cască EEG. (Imagine de la Chris Hope, via Wikimedia Commons)

O a doua metodă, care, spre deosebire de fRMN, are o rezoluție temporală foarte bună, este electroencefalografia (EEG; sau magnetoencefalografia, discutată în a doua parte a acestei secțiuni) (Figurile 2 și 4).

Neuronii din creier răspund la stimuli sau comunică unii cu ceilalți prin intermediul schimbării potențialului de membrană (cu alte cuvinte, prin intermediul fluxului de sarcini electrice din interiorul către exteriorul celulei sau invers). Acest flux de sarcini prin membrana neuronală reprezintă curenți ionici. Atunci când foarte mulți neuroni cu aceeași orientare au aceeași curenți ionici, aceștia vor fi însumați și vor produce fluctuații de voltaj suficient de mari încât să poată trece prin scalp și fi măsurate prin EEG. Cu alte cuvinte, EEG monitorizează schimbările în activitatea electrică a creierului. Semnalul emis de un singur neuron este foarte slab, ceea ce înseamnă că, pentru ca EEG să poată detecta ceva, semnalele electrice a sute de mii de neuroni trebuie însumate. Din această cauză, metoda are o rezoluție spațială slabă.

eeg_membrane_potential_ro
Figura 3.  Curenți ionici în dendritele neuronilor piramidali. La nivel celular, concentrația ionilor de Na+ (albastru) este mai ridicată pe fața exterioară a membranei plasmatice, iar concentrația ionilor de K+ (roșu) este mai ridicată în interiorul celulei. În plus, proteine mari cu sarcină negativă (verde) se află în interiorul neuronului. Ionii de Na+ și K+ pot traversa membrana prin intermediul canalelor ionice specifice pentru fiecare tip de ion, în timp ce anionii proteici nu pot traversa această membrană. Din această cauză, interiorul celulei este negativ în comparație cu exteriorul. Atunci când canalele ionice pentru Na+ și K+ se deschid, aceștia traversează membrana celulară conform gradientului chimic (și anume, Na+ va intra în celulă, iar K+ va ieși) până când este stabilit un echilibru. Când foarte mulți neuroni cu aceeași orientare, precum în schema de mai sus, sunt sincronizați (cu alte cuvinte, canalele lor de Na+ și de K+ se închid și se deschid în același timp), curenții electrici generați de mișcarea ionilor la nivelul fiecărui neuron se însumează și generează curenți suficienți de mari, care pot fi detectați de un electrod plasat pe scalp.
D__NIMHRoot_IL_LibraryImages_High_MEG scanner with patient
Figura 4. Scanner MEG. (Imagine de la National Institute of Mental Health, National Institutes of Health, Department of Health and Human Services, via NIMH Image Library)

Magnetoencefalografia (MEG) este similară cu EEG în sensul că semnalul detectat este rezultatul activității coordonate a sute de mii de neuroni, dar, așa cum și numele sugerează, măsoară câmpurile magnetice induse de curenții ionici neuronali. Are același dezavantaj ca și EEG (rezoluție spațială slabă), dar are avantajul că, spre deosebire de semnalele electrice, cele magnetice nu sunt atenuate de scalp.

3. Înregistrări electrofiziologice ale neuronilor individuali

ephys.svg
Figura 5. Diagramă a înregistrărilor intra- și extracelulare.

Așa cum numele sugerează, înregistrările electrofiziologice ale neuronilor individuali sunt obținute prin monitorizarea activității unui neuron. Un microelectrod (Figura 5) este plasat fie în apropierea celulei neuronale (înregistrare extracelulară) sau în interiorul celulei (înregistrare intracelulară) și schimbările potențialului de membrană care se petrec ca răspuns la diferiți stimuli sunt înregistrate. Această metodă este însă foarte invazivă și, în general, nu poate fi folosită pentru oameni (există câteva excepții: de exemplu, în cazul pacienților cu epilepsie rezistentă la tratament, care au nevoie de operație și pentru care microelectrozii sunt introduși în creier înainte de operație pentru a determina locația focarelor de epilepsie).

4. STM/STC

Neuro-ms
Figura 6. Aparat STM. (Imagine de Baburov – lucrare proprie, via Wikimedia Commons)

Metodele prezentate până acum se axează pe înregistrarea activității cerebrale, însă neurocercetătorii au posibilitatea de a induce schimbări în această activitate și de a observa dacă și în ce fel aceste schimbări duc la modificarea comportamentului. Acest lucru poate fi realizat folosind stimularea transcraniană cu curent continuu (STC) sau magnetică (STM; Figura 6), cu alte cuvinte, aplicând curent continuu sau câmpuri magntice cu intensitate scăzută anumitor regiuni din creier. Deoarece atât curentul, cât și câmpurile magnetice aplicate au intensitate foarte scăzută, ele nu dăunează în niciun fel oamenilor. Cele două metode au rezultate promițătoare în tratamentul unor tulburări psihiatrice, cum ar fi tulburarea depresivă majoră.

Rezumat

Această listă oferă o prezentare generală a celor mai folosite metode în neurocercetare, însă ea nu este exhaustivă. Alte metode de imagistică includ spectroscopia cu lumină apropiată de infraroșu (SLIR), tomografie cu emisie de pozitroni (TEP) sau diferite feluri de RMN, precum RMN-ul cu difuzie. În plus, acestea sunt aplicate în paralel cu metode comportamentale, precum urmărirea ochilor, măsurarea timpului de reacție sau observații sistematice ale comportamentului. Pentru cei interesați de acest subiect, articolele de pe Wikipedia sunt un punct bun de pornire. Dacă doriți informații și mai detaliate, o resursă excelentă este cartea “Guide to Research Techniques in Neuroscience” (1st edition), scrisă de Matt Carter și Jennifer Shieh.

Oh hi there 👋
It’s nice to meet you.

Sign up to receive awesome content in your inbox.

Read our privacy policy for more info.

One thought on “Metode de neurocercetare

Leave a Reply