Functional resonance magnetic imaging (fMRI) in adolescents with idiopathic musculoskeletal pain: a paradigm of experimental pain

Background: Studies on functional magnetic resonance imaging (fMRI) have shown that adults with musculoskeletal pain syndromes tolerate smaller amount of pressure (pain) as well as differences in brain activation patterns in areas related to pain. The objective of this study was to evaluate, through fMRI, the brain activation in adolescents with idiopathic musculoskeletal pain (IMP) while performing an experimental paradigm of pain. Methods: The study included 10 consecutive adolescents with idiopathic musculoskeletal pain (average age 16.3 +/- 1.0) and 10 healthy adolescents age-matched. fMRI exams were performed in a 3 T scanner (Magnetom Trio, Siemens) using an event-related design paradigm. Pressure stimuli were performed in the nondominant hand thumb, divided into two stages, fixed pain and variable pain. The two local Research Ethics Committees (Ethics Committee from Universidade Federal de Sao Paulo- Brazil, process number 0688/11, on July 1st, 2011 and Ethics Committee from Hospital Israelita Albert Einsten - Brazil, process number 1673, on October 19th, 2011) approved the study. Results: The idiopathic musculoskeletal pain (IMP) group showed a reduced threshold for pain (3.7 kg/cm(2) versus 4. 45 kg/cm2, p = 0.005). Control group presented increased bain activation when compared to IMP group in the following areas: thalamus (p = 0.00001), precentral gyrus (p = 0.0004) and middle frontal gyrus (p = 0.03). In intragroup analysis, IMP group showed greater brain activation during the unpredictable stimuli of the variable pain stage, especially in the lingual gyrus (p = 0.0001), frontal lobe (p = 0.0001), temporal gyrus (p = 0.0001) and precentral gyrus (p = 0.03), when compared to predictable stimulus of fixed pain. The same intragroup analysis with the control group showed greater activation during the unpredictable stimuli in regions of the precentral gyrus (p = 0.0001), subcallosal area (p = 0.0001), right and left occipital fusiform gyrus (p = 0.0001; (p = 0.0007), middle gyrus (p = 0.01) and precuneus p = (0.02). Conclusion: Adolescents with idiopathic musculoskeletal pain (IMP) tend to request higher brain function in cognitive-emotional areas when interpreting unpredictable sensory-perceptual situations. Therefore, it is assumed that this difference in pain processing in adolescents with IMP make the subjective experience of pain something more intense and unpleasant.Hospital Israelita Albert EinsteinCAPES (Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior)Univ Fed Sao Paulo, Escola Paulista Med, Dept Pediat, Researcher Rheumatol Sect, Sao Paulo, BrazilHosp Israelita Albert Einstein, Brain Inst, Sao Paulo, BrazilHosp Israelita Albert Einstein, Dept Diagnost Imaging, Sao Paulo, BrazilHosp Israelita Albert Einstein, Brain Inst, Sao Paulo, BrazilHosp Israelita Albert Einstein, Sao Paulo, BrazilUniv Minho, Braga, PortugalUniv Fed Sao Paulo, Escola Paulista Medicina, Dept Pediat, Pediat Rheumatol Unit, Rua Borges Lagoa 802,Vila Clementino, BR-04038002 Sao Paulo, SP, BrazilHosp Israelita Albert Einstein, Dept Pediat, Rua Borges Lagoa 802,Vila Clementino, BR-04038002 Sao Paulo, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Escola Paulista Med, Dept Pediat, Researcher Rheumatol Sect, Sao Paulo, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Escola Paulista Medicina, Dept Pediat, Pediat Rheumatol Unit, Rua Borges Lagoa 802,Vila Clementino, BR-04038002 Sao Paulo, SP, BrazilWeb of Scienc

Relation of surgical key-points in skull with eloquent areas detected by functional magnetic resonance

Os exames de neuroimagem são essenciais na rotina pré-cirúrgica de pacientes com lesão encefálica. A ressonância magnética (RM) e a tomografia computadorizada (TC) são métodos consagrados que fornecem valiosas informações anatômicas das lesões e áreas adjacentes. A ressonância magnética funcional (RMf) é um método mais recente que pode dar suporte a neurocirurgia demonstrando as áreas que apresentam resposta hemodinâmica durante a realização de determinadas tarefas. Por outro lado, o neurocirurgião deve associar estas novas técnicas aos conhecimentos da anatomia empregados no ato cirúrgico. Ribas (2005) estabeleceu um sistema de pontos-chave aplicados à anatomia microcirúrgica, que representam relações entre a superfície do crânio e a superfície do cérebro e demonstra erros menores que 2 cm entre estes pontos e os sulcos e giros cerebrais num estudo em cadáveres. Entretanto, a metodologia não permitiu avaliar a relação com areas cerebrais que mostram atividade hemodinâmica durante a realização de tarefas somatossentivas e motoras. O objetivo desta dissertação foi de avaliar métodos de fusão de imagens geradas por TC, RM e RMf com intuito de verificar as relações craniométricas com os sulcos e giros, e a relação destes pontos com os aspectos funcionais das áreas motora e somatosensitiva. MÉTODOS: Foram realizados exames de RM e RMf com paradigmas motor e somatosensitivo em aparelho de três Tesla (3T) em dez sujeitos que realizaram TC de crânio prévia, (dois com lesão cerebral e oito sem alterações cerebrais visíveis a TC). Escolhemos quatro dos dez pontos-chave estudados por Ribas para avaliação neste trabalho: a intersecção entre os sulcos frontal inferior e pré-central; a intersecção entre os sulcos frontal superior e o précentral; o ponto rolândico superior; e a intersecção entre os sulcos intraparietal e o sulco pós-central devido às suas relações com areas classicamente relacionadas à função motora e somatossensitiva. Os dados de TC, RM e RMf foram analisados por diferentes programas e os resultados comparados. O processo final teve intuito de co-registrar espacialmente as três técnicas e permitir medidas de distâncias em imagens nas três dimensões (3D). RESULTADOS: determinamos um fluxograma de processos computacionais que permitiram mensurar a congruência espacial entre as técnicas de TC, RM, RMF. Não foi encontrada ferramenta computacional que, isoladamente, permitisse todo o conjunto de funcionalidades necessárias para atingir o objetivo. A implementação do processo de fusão das três modalidades mostrou-se viável com a utilização quatro softwares de acesso gratuito (Osirix, Register, Mricro e FSL). Em quatro voluntários foram determinadas as distâncias espaciais entre os pontos-chave na superfície cerebral e na superfície do crânio, a média das quais foi de 2,5cm (±0,6cm) - levando-se em que esta medida inclui as dimensões da tábua ossea e espaços liquóricos, este valor se encontra dentro do que foi demonstrado por Ribas. Porém, a média das distâncias entre pontos na superfície do crânio e pontos de maior resposta na RMf, e entre estes e pontos-chave da superfície do cérebro foi maior, respectivamente de 5,0cm (±1,7cm) e 3,6cm (±2,1cm). Estes achados mostram variabilidade funcional inter-individual, aparentemente maior que a anatômica. Os dados destes estudo mostram que a técnica é viável, e ampliação da casuística pode permitir a análise estatística, necessária para utilização deste método na prática clínica.Neuroimaging studies have a pivotal role in pre-surgical assessment of patients with brain lesions. Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Computerized Tomography (CT) are established techniques providing anatomic information of the lesion and surrounding areas. Functional MRI (fMRI) is a recent method applied to probe brain function via hemodynamic response of brain regions involved in certain tasks, and thus provide useful information to the neurosurgeon. On the other hand, these new techniques have to be added to the knowledge necessary to the neurosurgery act. Ribas (2005) have established a system based on key-points aimed to guide microsurgical interventions. The system consists of anatomical relationships between points in the surfaces of the skull and the cerebrum and is reported to have errors below 2 cm of the intended cerebral sulci and giri in a post-mortem study. Nevertheless, this method does not allow for studying the relationship of the cerebral regions showing hemodynamic response to somatosensory and motor tasks. Our aim was to evaluate image fusion techniques applicable to CT, MRI and fMRI in order to verify the craniometrical relations between skull surface, cerebral surface and areas with maximal hemodynamic response to somatosensory and motor tasks. METHODS: We performed MRI and fMRI studies in ten subjects who had a CT scan performed for other reasons (8 healthy volunteers and 2 patients with localized brain lesions) using somatosensory and motor paradigms in a 3T MRI system. We have selected four out of the ten key points determined by Ribas to perform this analysis: the intersection between the inferior frontal and pre-central sulci; the intersection between the superior frontal and precentral sulci; the superior rolandic point; and the intersection between the intraparietal and post-central sulci. This choice was based on the classical localization of brain regions associated with somatossensory and motor functions. CT, MRI and fMRI data were analysed using different software packages, and the results were compared. The final goal of the process was to spatially co-register the three techniques and distance measurements in three dimensions (3D). RESULTS: we have established a pipeline using different computational processes to measure the spatial anatomic congruency between the key points shown in CT, MRI and fMRI images. We did not find a single software package enabling all the functionalities necessary to accomplish our goals. The implementation of the three imaging modalities fusion process was feasible using four public domain softwares (Osirix, Register, Mricro e FSL). We have determined the distances between the key points in four subjects (e patient). The average distance between the skull surface and brain surface points was 2.5cm (±0.6cm) and taking into account the calvarium thickness and cerebro-spinal fluid dimensions, this value is within what was observed in Ribass study. The average distance between the key points in the skull surface and the fMRI maximum response point, and the average between the brain surface and the fMRI maximum response point was larger, respectively 5.0cm (±1, 7cm) and 3.6cm (±2,1cm). These findings show that the intersubject functional variability is apparently larger then the inter-subject anatomical variability. Our results show that image fusion between CT, MRI and fMRI is possible. We believe that an increased number of subjects and appropriate statistical analysis will help to guide the possible application of this method in clinical routine

Ferramentas para fusão de imagens dos métodos de tomografia computadorizada, ressonância magnética e ressonância magnética funcional para aplicação pré-neurocirúrgica

OBJECTIVE: To evaluate tools for the fusion of images generated by tomography and structural and functional magnetic resonance imaging. METHODS: Magnetic resonance and functional magnetic resonance imaging were performed while a volunteer who had previously undergone cranial tomography performed motor and somatosensory tasks in a 3-Tesla scanner. Image data were analyzed with different programs, and the results were compared. RESULTS: We constructed a flow chart of computational processes that allowed measurement of the spatial congruence between the methods. There was no single computational tool that contained the entire set of functions necessary to achieve the goal. CONCLUSION: The fusion of the images from the three methods proved to be feasible with the use of four free-access software programs (OsiriX, Register, MRIcro and FSL). Our results may serve as a basis for building software that will be useful as a virtual tool prior to neurosurgery

Pesquisas em cérebro e Práticas Contemplativas

Introdução: Nos últimos anos tem havido um crescente interesse na investigação dos efeitos práticas de meditação na saúde mental e física. De alguma maneira, as habilidades treinadas durante as práticas meditativas, como o treinamento da atenção focada em um objeto específico, ou a monitoração dos padrões de pensamentos e emoções age modificando o funcionamento e a estrutura cerebrais. Recentemente, trabalhos na área de neuroimagem tem ajudado a elucidar possíveis mecanismo de ação das práticas meditativas no cérebro. Objetivo: revisar na literatura os estudos mais recentes sobre os efeitos da prática de meditação no cérebro e apresentar resultados de um protocolo com ressonância magnética funcional (fMRI) desenvolvido no Instituto do Cérebro do Hospital Israelita Albert Einstein (InCe-HIAE) sobre os efeitos da meditação na atenção. Método: revisão sobre estudos de neuroimagem funcional e estrutural e avaliação por fMRI de 39 sujeitos, 20 meditadores que realizam a prática há pelo menos 3 anos, por 3 vezes por semana e 20 sujeitos inexperientes em meditação. Resultados: estudos recentes têm mostrado alterações funcionais resultantes da prática de meditação, na atividade cerebral, bem como na estrutura do cérebro, como a espessura de áreas corticais. Nossos resultados preliminares corroboram com estes dados, mostrando que sujeitos que praticam meditação regularmente precisam recrutar menos áreas cerebrais, em especial frontais, do que pessoas inexperientes em meditação para ter o mesmo desempenho em uma tarefa atencional (o Stroop Word-Color Task). Conclusão: a prática de meditação pode trazer mudanças não apenas psicológicas, como mostram boa parte dos estudos, mas também modificações na fisiologia e anatomia cerebrais. Nosso estudo preliminar no InCe-HIAE indica que pessoas que praticam meditação regularmente podem apresentar um cérebro mais eficiente no desempenho de uma tarefa de atenção