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fMRI (risonanza magnetica funzionale): cos’è e funzionamento

La risonanza magnetica funzionale (fMRI) è una tecnica di risonanza magnetica avanzata che può aiutare a rilevare le aree del cervello responsabili di specifiche funzioni umane, come: la generazione della parola e del linguaggio, la funzione motoria, il movimento e la vista.

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PUBBLICATO IL: 12 Marzo 2023

Bioimmagini / Come funziona?

L’fMRI è una tipologia specifica di risonanza magnetica che mostra il funzionamento delle diverse parti del cervello. Questa scansione permette ai medici di misurare il flusso sanguigno nel cervello senza dover fare un intervento chirurgico e senza utilizzare metodologie più invasive. L’imaging fMRI è un modo sicuro per diagnosticare determinate condizioni patologiche e per scoprire se determinati trattamenti terapeutici stanno funzionando.

High resolution FMRI of the Human Brain.
In foto una scansione con fMRI ad alta risoluzione del cervello umano – Credits: Bioquark

Di cosa si tratta?

Inventata all’inizio degli anni ’90, la risonanza magnetica funzionale (fMRI) è una tipologia di tecnologia di imaging cerebrale non invasiva che rileva l’attività cerebrale misurando i cambiamenti nel flusso sanguigno. L’fMRI può rivelare infatti quale parte del cervello è attiva durante funzioni specifiche, come sollevare il braccio o anche solo pensare a qualcosa. Il personale sanitario può utilizzare questo tipo di informazioni per comprendere al meglio, diagnosticare, monitorare e trattare varie condizioni patologiche. La risonanza con imaging funzionale (fMRI) ha rivoluzionato lo studio della mente. Una scansione fMRI può essere utilizzata in realtà per una varietà di scopi, dal monitoraggio del morbo di Parkinson all’analisi del funzionamento di un determinato farmaco nel cervello.

Come funziona fMRI?

Uno scanner di risonanza magnetica funzionale (fMRI) utilizza un potente campo magnetico per rilevare l’attività cerebrale. Quando un’area del cervello diventa più attiva, come quando si agita la mano, c’è un aumento del flusso sanguigno verso la regione di interesse. Una scansione di imaging fMRI sfrutta i neuroni attivi che richiedono più ossigeno dai globuli rossi; questo aumento dell’attività porta ad un cambiamento nel flusso sanguigno che viene rilevato dall’fMRI. Misurando indirettamente le alterazioni del flusso sanguigno e dell’attività elettrica, l’fMRI valuta l’attività cerebrale del paziente. I medici considerano questa tipologia di misurazione indiretta un metodo per studiare la risposta blood-oxygen-level-dependent (BOLD). Le indagini con fMRI possono essere utilizzate per studiare una grande gamma di processi cognitivi, inclusi il processo decisionale e la memoria. Le scansioni fMRI creano una mappa codificata a colori dell’attività cerebrale del paziente.

In figura è visibile l’attivazione del giro fusiforme durante un compito di riconoscimento facciale, rilevato attraverso la risonanza magnetica funzionale (fMRI) – Credits: NIH

A cosa serve una fMRI?

Si utilizza l’fMRI per valutare il funzionamento del cervello e per determinare il potenziale rischio che il paziente potrebbe riscontrare durante interventi chirurgici o altre procedure invasive. Le scansioni fMRI aiutano, in particolare, a:

  • diagnosticare determinati condizioni patologiche e rilevare le anomalie strutturali del cervello,
  • pianificare un intervento chirurgico o altri trattamenti,
  • vedere quali regioni del cervello sono responsabili di funzioni importanti,
  • valutare gli effetti cognitivi di malattie e lesioni, come: l’epilessia, la commozione cerebrale o il cancro,
  • determinare l’efficacia dei farmaci assunti dal paziente e monitorarne la terapia,
  • comprendere al meglio i disturbi cerebrali, come: l’ansia o la depressione,
  • osservare come il cervello gestisce funzioni critiche come: il pensiero, le risposte emotive, l’apprendimento, il movimento, la sensazione, i ricordi o la parola (creando così la mappatura del cervello).

Quali sono i vantaggi di una fMRI?

Ci sono molteplici vantaggi nello svolgimento di questo tipo di scansione cerebrale, tra questi:

  • si tratta di un procedimento non invasivo che non richiede un intervento chirurgico,
  • può rilevare le anomalie presenti nel cervello,
  • aiuta a valutare sia la struttura che la funzione del cervello, consentendo di analizzare le anomalie nascoste anche dietro le strutture ossee.

Ci sono alternative?

Ci sono anche altri tipi di imaging che possono mostrare la struttura del cervello, ma senza la possibilità di mostrare quali aree del cervello sono utilizzate per particolari compiti. L’unico altro test che può essere utilizzato per costruire un quadro completo è il monitoraggio invasivo, che può consentire una specie di “mappatura cerebrale funzionale”. Il monitoraggio invasivo comporta un’operazione per posizionare gli elettrodi, in strisce o griglie, direttamente sulla superficie del cervello. Questi elettrodi vengono quindi collegati ad una macchina EEG in modo che i tecnici possano registrare l’attività cerebrale per diversi giorni. La scansione fMRI rimane la scelta migliore poiché non è affatto invasiva.

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Analisi EEG invasiva per la creazione di una mappatura cerebrale.

Come avviene la preparazione per l’fMRI?

Spesso non è richiesta alcuna preparazione prima di eseguire una scansione fMRI, ma ci sono alcune accortezze da tenere a mente. In primo luogo, è importante rimuovere tutti gli oggetti metallici dal corpo, poiché questi possono interferire con il campo magnetico. È anche importante che il paziente informi il medico se ha impianti, come un pacemaker, o se è in gravidanza. Durante l’esame, il paziente viene sdraiato su un tavolo piatto con ruote che entra nella macchina MRI; il tecnico può richiedere di eseguire determinati compiti, come flettere le dita delle mani o dei piedi. Questi compiti innescano un’attività cerebrale specifica che può essere vista nelle immagini. La scansione stessa di solito richiede circa 40-55 minuti. Una volta completata, il medico riceverà un rapporto sui risultati della fMRI che verrà utilizzato per pianificare le eventuali cure.

fMRI
Esecuzione di una fMRI – Credits: Yale Medicine

Ci sono differenze tra fMRI e MRI?

La scansione fMRI si basa sulla stessa tecnologia della risonanza magnetica MRI: ambedue utilizzano un potente campo magnetico e le onde radio per produrre immagini del corpo. Tuttavia, ci sono differenze importanti tra i due, infatti la risonanza magnetica acquisisce immagini della struttura del cervello: può vedere cisti, tumori, sanguinamento e anomalie strutturali. Al contrario, l’fMRI acquisisce immagini dell’attività del cervello mentre sta eseguendo una particolare funzione. Risulta possibile persino analizzare la reazione a determinati pensieri e sentimenti del paziente. La risonanza magnetica funzionale crea essenzialmente una mappa funzionale sovrapposta alle immagini del cervello.

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Le scansioni MRI e fMRI avvengono all’interno dello stessa stessa apparecchiatura MRI – Credits: Frontiers for Young Minds

Conclusioni e prospettive future

La risonanza magnetica funzionale ha goduto di un entusiasmante sviluppo con una crescita esponenziale negli studi pubblicati sin dal suo inizio nei primi anni ’90. Si è quotidianamente utilizzata per usi clinici come: la pianificazione pre-chirurgica, le indagini fondamentali delle neuroscienze cognitive, lo studio dei cambiamenti comportamentali e la formazione. In futuro l’fMRI potrà aspirare ad una modellazione più sofisticata delle reti cerebrali e porterà sicuramente a nuovi livelli di comprensione del cervello umano.

AUTORE

Maddalena Ranzato

Sono una studentessa magistrale di Ingegneria Clinica presso l'Università degli Studi di Trieste. Nel 2021 mi sono laureata in ingegneria biomedica presso l'Università degli Studi di Padova. La mia passione per la scrittura nasce già alle superiori con lo studio delle materie umanistiche al liceo classico. Sono appassionata da tutto ciò che è legato al mondo della medicina e dell'ingegneria, soprattutto la rigenerazione dei tessuti e la creazione di organi artificiali. Attualmente lavoro nell'ambito dell'ingegneria clinica ospedaliera.

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