Intervention Models in Functional Connectivity Identification Applied to fMRI

Recent advances in neuroimaging techniques have provided precise spatial localization of brain activation applied in several neuroscience subareas. The development of functional magnetic resonance imaging (fMRI), based on the BOLD signal, is one of the most popular techniques related to the detection of neuronal activation. However, understanding the interactions between several neuronal modules is also an important task, providing a better comprehension about brain dynamics. Nevertheless, most connectivity studies in fMRI are based on a simple correlation analysis, which is only an association measure and does not provide the direction of information flow between brain areas. Other proposed methods like structural equation modeling (SEM) seem to be attractive alternatives. However, this approach assumes prior information about the causality direction and stationarity conditions, which may not be satisfied in fMRI experiments. Generally, the fMRI experiments are related to an activation task; hence, the stimulus conditions should also be included in the model. In this paper, we suggest an intervention analysis, which includes stimulus condition, allowing a nonstationary modeling. Furthermore, an illustrative application to real fMRI dataset from a simple motor task is presented

Ischemic stroke caused by large-artery atherosclerosis: a red flag for subclinical coronary artery disease

BackgroundThe coronary calcium score (CAC) measured on chest computerized tomography is a risk marker of cardiac events and mortality. We compared CAC scores in two multiethnic groups without symptomatic coronary artery disease: subjects in the chronic phase after stroke or transient ischemic attack and at least one symptomatic stenosis ≥50% in the carotid or vertebrobasilar territories (Groupathero) and a control group (Groupcontrol).MethodsIn this cross-sectional study, Groupathero included two subgroups: GroupExtraorIntra, with stenoses in either cervical or intracranial arteries, and GroupExtra&Intra, with stenoses in at least one cervical and one intracranial artery. Groupcontrol had no history of prior stroke/transient ischemic attacks and no stenoses ≥50% in cervical or intracranial arteries. Age and sex were comparable in all groups. Frequencies of CAC ≥100 and CAC > 0 were compared between Groupathero and Groupcontrol, as well as between GroupExtraorIntr, GroupExtra&Intra, and Groupcontrol, with bivariate logistic regressions. Multivariate analyses were also performed.ResultsA total of 120 patients were included: 80 in Groupathero and 40 in Groupcontrol. CAC >0 was significantly more frequent in Groupathero (85%) than Groupcontrol (OR, 4.19; 1.74–10.07; p = 0.001). Rates of CAC ≥100 were not significantly different between Groupathero and Groupcontrol but were significantly greater in GroupExtra&Intra (n = 13) when compared to Groupcontrol (OR 4.67; 1.21–18.04; p = 0.025). In multivariate-adjusted analyses, “Groupathero” and “GroupExtra&Intra” were significantly associated with CAC.ConclusionThe frequency of coronary calcification was higher in subjects with stroke caused by large-artery atherosclerosis than in controls

Functional magnetic resonance imaging of normal subjects: a database for the Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo

Introdução: Apesar do grande impacto da ressonância magnética funcional em neurociências, a sua aplicabilidade clínica ainda é pequena. Um dos principais motivos é a falta de dados populacionais para dar suporte à decisão clínica. Esta tese teve por objetivo formar um banco de dados normais, representativo de pacientes do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HCFMUSP). Métodos: Foram estudados 64 acompanhantes normais dos pacientes do HCFMUSP. Cada indivíduo realizou tarefas quem envolviam função de linguagem, somatossensorial, motor, audiovisual e de memória em aparelho de 1,5 T. Foram colhidos dados demográficos, de desempenho e neuropsicológicos dos sujeitos e de controle de qualidade do magneto de RM. As imagens funcionais foram analisadas através do software XBAM para cada indivíduo, para os grupos e para análise de correlação comportamental. Resultados: A amostra teve uma distribução demográfica variada. Os resultados das análises de grupo mostraram padrões de acordo com a literatura. O paradigma motor mostrou efeito BOLD positivo nos giros pré e pós-centrais estendendo-se para regiões pré-motoras e parietais, área motora suplementar, áreas somatosensoriais secundárias, núcleos da base e tálamo contralaterais à mão avaliada e hemisférios cerebelares ipsilaterais. O paradigma somatossensorial das mãos demonstrou efeito BOLD positivo nos giros pré e pós-centrais, núcleos da base e tálamos contralaterais à mão estimulada, cerebelo ipsilateral à mão estimulada e o córtex somatossensorial secundário bilateralmente e o da face mostrou os giros pré e pós-centrais, o córtex parietal, regiões pré-motoras, regiões temporais posteriores e inferiores e área somatosensorial secundária bilateralmente. A análise de grupo dos paradigmas de linguagem mostrou efeito BOLD positivo no giro frontal inferior e ínsula bilateralmente, maiores à esquerda, giro frontal médio esquerdo, cíngulo anterior, área motora suplementar, cerebelo à direita e vermis cerebelar, núcleos da base e tálamos à esquerda e em particular na fluência verbal falada com apresentação de letras diferentes, lobo parietal esquerdo. No paradigma audiovisual a condição visual mostrou efeito BOLD positivo no córtex occipital, parietal e cerebelo bilateralmente e a condição auditiva, nos lobos temporais bilaterais, com extensão fronto-parietal à esquerda. A análise de grupo do paradigma memória mostrou áreas no cerebelo, córtex occipital, giro frontal médio, região frontal mesial anterior e lobo parietal, com predomínio à direita. Nos mapas individuais foram detectadas muitas regiões em cada paradigma e houve grande variabilidade, sendo as regiões cerebrais que apresentaram efeito BOLD positivo com maior frequência ( 85%): giro pré-central esquerdo (95%) e cerebelo superior direito (87%) no movimento da mão direita; giro pré-central direito (88%) no movimento da mão esquerda; giro pós-central esquerdo (88%) no estímulo somatosensorial da mão direita; giro pós-central direito (89%) no estímulo somatosensorial da mão esquerda; giro lingual direito (90%) e esquerdo (88%) no estímulo visual; e giro temporal médio direito (93%) e esquerdo (91%) na condição auditiva. As tarefas de memória e fluência verbal não tiveram nenhuma região com frequência acima de 80%. Conclusões: Os padrões de ativação cerebral obtidos nas imagens de RMf do grupo de participantes são semelhantes à literatura. A freqüência das regiões com efeito BOLD positivo foi maior nos córtices primários sensoriais e motores. As informações colhidas no trabalho constituem uma base de dados que pode ser utilizada para suporte à decisão clínica.Introduction: Functional magnetic resonance imaging has had a great impact on neuroscience, but its clinical applicability is still small. One of the main reasons is the lack of populational databases to support clinical decision. The aim of this work was to constitute a local normal database, representative of the patients from the Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP). Methods: The sample included 64 normal subjects who, at some point, accompanied patients from the HCFMUSP. They all performed motor, somatosensory, language, audiovisual and memory paradigms in a 1,5 T magnet. Demographic, neuropsychological and behavioral data were collected. Scanner quality control was also verified. Data was analyzed through XBAM software on individual and group basis, and for behavioral correlation. Results: The sample had a variable demographic distribution. Group analysis showed results in agreement with the literature. The motor paradigm elicited positive BOLD effect in the pre and postcentral gyri, extending to premotor and parietal regions, supplementary motor area, secondary somatosensory areas, basal ganglia and thalamus contralateral to the hand in question, and ipsilateral cerebellum. Group analysis of the hand somatosensory paradigm showed pre and postcentral gyri, basal ganglia and thalamus contralateral to the stimulated hand, ipsilateral cerebellum and bilateral secondary somatosensory areas. The group analysis of the somatosensory paradigm of the face showed pre and postcentral gyri, parietal cortex, premotor areas, inferior-posterior temporal cortex and secondary somatosensory areas bilaterally. Language paradigms showed positive BOLD effect in the inferior frontal gyrus and insula bilaterally, bigger on the left, left middle frontal gyrus, anterior cingulate, supplementary motor area, right cerebellum, cerebellar vermis, left basal ganglia and thalamus, and in particular, overt verbal fluency with presentation of different letters also showed the left parietal lobe. The audiovisual paradigm group analysis showed positive BOLD effect in the occipital and parietal cortex and cerebellum bilaterally during the visual condition, and bilateral temporal with left frontal and parietal extension during the auditory condition. Finally, working memory task showed activation in the occipital cortex, cerebellum, middle frontal gyri, parietal association cortex and mesial frontal region bilaterally, with right predominance. On individual basis we detected a multitude of brain areas in each paradigm with great variability, and those with the higher frequency ( 85%) were: left precentral gyrus (95%) and superior right cerebellum (87%) during the right hand movement; right precentral gyrus (88%) during the left hand movement; left postcentral gyrus (88%) for the somatosensory stimulus of the right hand; right postcentral gyrus (89%) for the somatosensory stimulus of the left hand; right (90%) and left (88%) lingual gyri during the visual stimulus; and right (93%) and left (91%) middle temporal gyrus for the auditory stimulus. Working memory and verbal fluency had no region with a frequency above 80%. Conclusions: The patterns of cerebral activations obtained in group analysis are in agreement with the literature. Individual analysis showed a higher frequency of positive BOLD effect in the primary and sensory cortices. The data collected during this work constitute a database that can be used to support clinical decision

Functional magnetic resonance imaging of normal subjects: a database for the Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo

Introdução: Apesar do grande impacto da ressonância magnética funcional em neurociências, a sua aplicabilidade clínica ainda é pequena. Um dos principais motivos é a falta de dados populacionais para dar suporte à decisão clínica. Esta tese teve por objetivo formar um banco de dados normais, representativo de pacientes do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HCFMUSP). Métodos: Foram estudados 64 acompanhantes normais dos pacientes do HCFMUSP. Cada indivíduo realizou tarefas quem envolviam função de linguagem, somatossensorial, motor, audiovisual e de memória em aparelho de 1,5 T. Foram colhidos dados demográficos, de desempenho e neuropsicológicos dos sujeitos e de controle de qualidade do magneto de RM. As imagens funcionais foram analisadas através do software XBAM para cada indivíduo, para os grupos e para análise de correlação comportamental. Resultados: A amostra teve uma distribução demográfica variada. Os resultados das análises de grupo mostraram padrões de acordo com a literatura. O paradigma motor mostrou efeito BOLD positivo nos giros pré e pós-centrais estendendo-se para regiões pré-motoras e parietais, área motora suplementar, áreas somatosensoriais secundárias, núcleos da base e tálamo contralaterais à mão avaliada e hemisférios cerebelares ipsilaterais. O paradigma somatossensorial das mãos demonstrou efeito BOLD positivo nos giros pré e pós-centrais, núcleos da base e tálamos contralaterais à mão estimulada, cerebelo ipsilateral à mão estimulada e o córtex somatossensorial secundário bilateralmente e o da face mostrou os giros pré e pós-centrais, o córtex parietal, regiões pré-motoras, regiões temporais posteriores e inferiores e área somatosensorial secundária bilateralmente. A análise de grupo dos paradigmas de linguagem mostrou efeito BOLD positivo no giro frontal inferior e ínsula bilateralmente, maiores à esquerda, giro frontal médio esquerdo, cíngulo anterior, área motora suplementar, cerebelo à direita e vermis cerebelar, núcleos da base e tálamos à esquerda e em particular na fluência verbal falada com apresentação de letras diferentes, lobo parietal esquerdo. No paradigma audiovisual a condição visual mostrou efeito BOLD positivo no córtex occipital, parietal e cerebelo bilateralmente e a condição auditiva, nos lobos temporais bilaterais, com extensão fronto-parietal à esquerda. A análise de grupo do paradigma memória mostrou áreas no cerebelo, córtex occipital, giro frontal médio, região frontal mesial anterior e lobo parietal, com predomínio à direita. Nos mapas individuais foram detectadas muitas regiões em cada paradigma e houve grande variabilidade, sendo as regiões cerebrais que apresentaram efeito BOLD positivo com maior frequência ( 85%): giro pré-central esquerdo (95%) e cerebelo superior direito (87%) no movimento da mão direita; giro pré-central direito (88%) no movimento da mão esquerda; giro pós-central esquerdo (88%) no estímulo somatosensorial da mão direita; giro pós-central direito (89%) no estímulo somatosensorial da mão esquerda; giro lingual direito (90%) e esquerdo (88%) no estímulo visual; e giro temporal médio direito (93%) e esquerdo (91%) na condição auditiva. As tarefas de memória e fluência verbal não tiveram nenhuma região com frequência acima de 80%. Conclusões: Os padrões de ativação cerebral obtidos nas imagens de RMf do grupo de participantes são semelhantes à literatura. A freqüência das regiões com efeito BOLD positivo foi maior nos córtices primários sensoriais e motores. As informações colhidas no trabalho constituem uma base de dados que pode ser utilizada para suporte à decisão clínica.Introduction: Functional magnetic resonance imaging has had a great impact on neuroscience, but its clinical applicability is still small. One of the main reasons is the lack of populational databases to support clinical decision. The aim of this work was to constitute a local normal database, representative of the patients from the Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP). Methods: The sample included 64 normal subjects who, at some point, accompanied patients from the HCFMUSP. They all performed motor, somatosensory, language, audiovisual and memory paradigms in a 1,5 T magnet. Demographic, neuropsychological and behavioral data were collected. Scanner quality control was also verified. Data was analyzed through XBAM software on individual and group basis, and for behavioral correlation. Results: The sample had a variable demographic distribution. Group analysis showed results in agreement with the literature. The motor paradigm elicited positive BOLD effect in the pre and postcentral gyri, extending to premotor and parietal regions, supplementary motor area, secondary somatosensory areas, basal ganglia and thalamus contralateral to the hand in question, and ipsilateral cerebellum. Group analysis of the hand somatosensory paradigm showed pre and postcentral gyri, basal ganglia and thalamus contralateral to the stimulated hand, ipsilateral cerebellum and bilateral secondary somatosensory areas. The group analysis of the somatosensory paradigm of the face showed pre and postcentral gyri, parietal cortex, premotor areas, inferior-posterior temporal cortex and secondary somatosensory areas bilaterally. Language paradigms showed positive BOLD effect in the inferior frontal gyrus and insula bilaterally, bigger on the left, left middle frontal gyrus, anterior cingulate, supplementary motor area, right cerebellum, cerebellar vermis, left basal ganglia and thalamus, and in particular, overt verbal fluency with presentation of different letters also showed the left parietal lobe. The audiovisual paradigm group analysis showed positive BOLD effect in the occipital and parietal cortex and cerebellum bilaterally during the visual condition, and bilateral temporal with left frontal and parietal extension during the auditory condition. Finally, working memory task showed activation in the occipital cortex, cerebellum, middle frontal gyri, parietal association cortex and mesial frontal region bilaterally, with right predominance. On individual basis we detected a multitude of brain areas in each paradigm with great variability, and those with the higher frequency ( 85%) were: left precentral gyrus (95%) and superior right cerebellum (87%) during the right hand movement; right precentral gyrus (88%) during the left hand movement; left postcentral gyrus (88%) for the somatosensory stimulus of the right hand; right postcentral gyrus (89%) for the somatosensory stimulus of the left hand; right (90%) and left (88%) lingual gyri during the visual stimulus; and right (93%) and left (91%) middle temporal gyrus for the auditory stimulus. Working memory and verbal fluency had no region with a frequency above 80%. Conclusions: The patterns of cerebral activations obtained in group analysis are in agreement with the literature. Individual analysis showed a higher frequency of positive BOLD effect in the primary and sensory cortices. The data collected during this work constitute a database that can be used to support clinical decision

Small calcified lesions suggestive of neurocysticercosis are associated with mesial temporal sclerosis

Recent studies have suggested a possible relationship between temporal lobe epilepsy with mesial temporal sclerosis (MTS) and neurocysticercosis (NC). We performed a case-control study to evaluate the association of NC and MTS. Method: : We randomly selected patients with different epilepsy types, including: MTS, primary generalized epilepsy (PGE) and focal symptomatic epilepsy (FSE). Patients underwent a structured interview, followed by head computed tomography (CT). A neuroradiologist evaluated the scan for presence of calcified lesions suggestive of NC. CT results were matched with patients'data. Results: : More patients in the MTS group displayed calcified lesions suggestive of NC than patients in the other groups (p=0.002). On multivariate analysis, MTS was found to be an independent predictor of one or more calcified NC lesions (p=0.033). Conclusion: : After controlling for confounding factors, we found an independent association between NC calcified lesions and MTS.Estudos recentes têm sugerido possível relação entre epilepsia do lobo temporal com esclerose mesial temporal (MTS) e neurocisticercose (NC). Conduzimos um estudo caso-controle para avaliar a associação de NC e MTS. Método: Selecionamos randomicamente pacientes com diferentes tipos de epilepsia, incluindo: MTS, epilepsia primariamente generalizada (PGE) e epilepsia focal sintomática (FSE). Pacientes foram submetidos a uma entrevista estruturada, seguida por uma tomografia computadorizada de crânio (CT). Um neuroradiologista avaliou as imagens quanto à presença de lesões calcificadas sugestivas de NC. Resultados das CT foram comparados com os dados dos pacientes. Resultados: Mais pacientes do grupo MTS apresentaram lesões calcificadas sugestivas de NC que de outros grupos (p=0,002). Na análise multivariável, MTS foi um preditor independente de uma ou mais calcificações sugestivas de NC (p=0,033). Conclusão: Após controlar para fatores confusionais, encontramos uma associação independente entre lesões calcificadas de NC e MTS.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Evitando erros no diagnóstico de doença oclusiva da artéria basilar: pistas clínicas e radiológicas - relato de caso

CONTEXT: The aim of this paper was to report on the characteristics that aid in establishing the diagnosis of basilar artery occlusive disease (BAOD) among patients with hemiparesis and few or minor symptoms of vertebrobasilar disease. CASE REPORT: This report describes two cases in a public university hospital in São Paulo, Brazil. We present clinical and imaging findings from two patients with hemiparesis and severe BAOD, but without clinically relevant carotid artery disease (CAD). One patient presented transient ischemic attacks consisting of spells of right hemiparesis that became progressively more frequent, up to twice a week. The neurological examination revealed slight right hemiparesis and right homonymous hemianopsia. Magnetic resonance imaging (MRI) revealed pontine and occipital infarcts. Magnetic resonance angiography and digital subtraction angiography revealed severe basilar artery stenosis. The other patient presented sudden left-side hemiparesis and hypoesthesia. One year earlier, she had reported sudden onset of vertigo that, at that time, was attributed to peripheral vestibulopathy and was not further investigated. MRI showed a right-side pontine infarct and an old infarct in the right cerebellar hemisphere. Basilar artery occlusion was diagnosed. Both patients presented their symptoms while receiving aspirin, and became asymptomatic after treatment with warfarin. CONCLUSIONS: Misdiagnosing asymptomatic CAD as the cause of symptoms in BAOD can have disastrous consequences, such as unnecessary carotid endarterectomy and exposure to this surgical risk while failing to offer the best available treatment for BAOD. Clinical and imaging features provided important clues for diagnosis in the cases presented.CONTEXTO: O objetivo deste artigo foi de relatar as características que auxiliam no estabelecimento do diagnóstico da doença oclusiva da artéria basilar (DOAB) em pacientes com hemiparesia e poucos sintomas, ou sintomas leves de doença vertebrobasilar. RELATO DE CASO: Descrição de dois casos em um hospital público universitário em São Paulo, Brasil. Apresentamos características clínicas e radiológicas de dois pacientes com hemiparesia e DOAB grave, na ausência de doença carotídea (DCA) relevante. Um paciente apresentou ataques isquêmicos transitórios consistindo de hemiparesia direita transitória, que se tornaram progressivamente mais frequentes, até duas vezes por semana. O exame neurológico revelou hemiparesia direita e hemianopsia homônima direita. A ressonância magnética (RM) revelou infartos pontinos e occipitais. As angiografias por ressonância magnética e por subtração digital revelaram estenose grave da artéria basilar. Outra paciente apresentou hemiparesia e hipoestesia de instalação súbita, à esquerda. Um ano antes, ela havia apresentado vertigem súbita, na ocasião atribuída a vestibulopatia periférica, não investigada em maior profundidade. A RM mostrou infarto pontino à direita e infarto antigo no hemisfério cerebelar direito. Foi diagnosticada oclusão da artéria basilar. Ambos os pacientes apresentaram os sintomas enquanto faziam tratamento com aspirina, e se tornaram assintomáticos após tratamento com warfarina. CONCLUSÕES: O diagnóstico errôneo de DCA como causa de sintomas na DOAB pode ter conseqüências desastrosas, como a endarterectomia carotídea desnecessária e a exposição a tal risco cirúrgico, ao invés de oferecimento do melhor tratamento disponível para a DOAB. Características clínicas e radiológicas forneceram pistas importantes para o diagnóstico nos casos apresentados