risonanza magnetica
Sveva Valguarnera
Sveva Valguarnera

La Risonanza Magnetica oggi riesce a leggere nel pensiero

Indice

Con il passare del tempo le tecniche di imaging a scopi diagnostici si sono perfezionate sempre di più, permettendo di raggiungere precisione e risultati che fino a pochi anni fa sembravano impossibili. A partire dalle prime radiografie all’inizio del ‘900, la fisica e la medicina hanno fatto passi da gigante nello svelare i segreti più nascosti del nostro corpo.

Una delle tecniche che più di tutte è stata perfezionata negli ultimi anni è l’imaging a Risonanza Magnetica, in inglese MRI, in italiano RM o RMN. Si tratta di un tecnica di imaging basata sull’utilizzo dei campi magnetici, che permette di differenziare i vari tessuti in base alla loro composizione biochimica e di ottenere immagini in sezioni su piani diversi, come quello assiale, coronale e sagittale.

La risonanza magnetica tradizionale consente di valutare la morfologia di un organo o di un apparato; esiste però un altro tipo di risonanza magnetica detto fMRI (Functional Magnetic Resonance Imaging) o Risonanza Magnetica Funzionale, che consente di valutare la funzionalità dei tessuti considerati. La fMRI prevede l’utilizzo di campi magnetici più intensi rispetto alla MRI, e ha moltissime potenzialità, alcune delle quali sono ancora in fase di studio.

Funzionamento e principio fisico della risonanza magnetica

Quando il paziente si trova all’interno della macchina per risonanza magnetica, viene sottoposto a un campo magnetico statico la cui intensità può variare da pochi decimi di tesla nelle piccole apparecchiature dedicate allo studio di una specifica parte del corpo, fino a 3 tesla nelle macchine in commercio per l’imaging morfologico e a 7 tesla nelle macchine in commercio per la risonanza magnetica funzionale. Vi sono inoltre sperimentazioni in corso riguardanti dispositivi che utilizzano campi ancora più intensi, tra gli 8 e i 9 tesla.

Quando i protoni all’interno dei tessuti del paziente vengono sottoposti a un campo magnetico, il loro spin si allinea alle linee di forza del campo in modo parallelo o antiparallelo, magnetizzando così i tessuti. L’allineamento però rimane sempre parziale, e si crea una precessione intorno alla direzione del campo magnetico che ha una frequenza tipica, detta frequenza di Larmor. Il paziente viene quindi sottoposto a un secondo campo magnetico che ruota con la frequenza d Larmor e che fa sì che la magnetizzazione dei protoni ruoti di un certo angolo che dipende dal tipo di immagini che si vogliono ottenere. Il fatto che venga utilizzato un campo magnetico rotante con la frequenza della precessione è ciò che dà al metodo il nome di risonanza.

Dal momento che la MRI utilizza un campo magnetico, è fondamentale che il paziente non abbia addosso nessun oggetto di materiale ferromagnetico, ovvero di un materiale che in presenza di un campo magnetico viene sottoposto a una forza intensa: oltre ai gioielli, ciò include eventuali placche, otturazioni o dispositivi che il paziente possa avere all’interno del corpo per ragioni mediche, e che potrebbero muoversi o surriscaldarsi creando seri danni ai tessuti circostanti.

Rispetto a quelle ottenute con altre tecniche diagnostiche, le immagini di risonanza magnetica non hanno una risoluzione particolarmente elevata: le immagini cerebrali ad alta risoluzione, che sono quelle con la risoluzione maggiore, hanno infatti una risoluzione di 1024×1024 con una profondità di 16 bit/pixel, il che consente di distinguere particolari fino a 1 mm. L’utilità della risonanza magnetica non sta dunque nella qualità delle immagini ma nella sua possibilità di distinguere in base a parametri biochimici tessuti che ai raggi X avrebbero la stessa densità, come ad esempio il fegato e la milza.

La Risonanza Magnetica a Campo Ultra Alto

Vengono definiti risonanze magnetiche a campo ultra alto tutti quei dispositivi nei quali viene utilizzato un campo magnetico statico pari o superiori a 3 T. Si tratta di un’evoluzione molto recente della tecnologia della risonanza magnetica, che permette un tempo di acquisizione delle immagini minore (la MRI tradizionale può durare fino a 60 minuti) e una risoluzione più alta. Si tratta di un sistema più costoso, e che richiede un tunnel molto più lungo: ciò può essere considerato una controindicazione per alcuni tipi di pazienti, ad esempio per coloro che soffrono di claustrofobia. Un’ulteriore controindicazione consiste nel fatto che, utilizzando un campo con un’intensità di 7 tesla, anche i metalli non ferromagnetici posti al centro del tunnel possono reagire, causando disturbi nell’immagine o nel paziente.

La risonanza magnetica a campo ultra alto è anche quella utilizzata nell’ambito della risonanza magnetica funzionale, la fMRI. Una delle principali applicazione della fMRI consiste nel neuroimaging funzionale, ovvero nell’analisi della relazione tra le funzioni cerebrali e l’attivazione di specifiche aree del cervello.

Tale tecnica si basa su una proprietà nota da più di un secolo: quando una zona del cervello è particolarmente attiva, dopo un tempo variabile tra 1 e 5 secondi in quella zona aumenta il flusso sanguigno. Questa proprietà viene detta risposta emodinamica, ed è possibile valutarla tramite tecniche di imaging sfruttando una proprietà biochimica dell’emoglobina, che è diamagnetica quando è legata a una molecola di ossigeno ma paramagnetica quando non lo è; ciò permette alla risonanza magnetica di individuare momento per momento quali sono le aree del cervello che presentano maggiore attività neurale.

La neuroimaging funzionale è già in uso in molti campi, mentre in altri è ancora in fase sperimentale; alcune aziende hanno inoltre messo in commercio delle macchine per risonanza magnetica funzionale vendute come macchine della verità, teorizzando che sia possibile capire se un individuo mente in base all’attivazione di specifiche zone del cervello. Si tratta però di affermazioni che non sono ancora state sottoposte a rigorosi test scientifici.

È possibile prevedere in anticipo le nostre scelte?

Uno studio pubblicato nel 2011 da un gruppo di ricerca dell’Università di Leipzig, in Germania, ha dimostrato come la fMRI a campo ultra alto possa prevedere una scelta prima che essa venga effettuata, e prima ancora che l’individuo sia cosciente di aver fatto una scelta.

Partecipanti

Lo studio ha coinvolto 12 partecipanti, di cui 5 donne, di età compresa tra 22 e 29 anni. Tutti i partecipanti erano studenti dell’Università di Leipzig in buona salute e con visione normale o corretta, selezionati in base a una serie di test comportamentali condotti nelle due settimane precedenti all’esperimento.

I test comportamentali pre-esperimento erano volti a selezionare un gruppo di pazienti con delle specifiche caratteristiche presenti in maniera spontanea; in particolare, venivano cercati individui che presentassero tra una scelta e l’altra un intervallo compreso tra i 15 e i 50 secondi, e per cui la frequenza delle due scelte possibili (destra/sinistra) fosse il più possibile omogenea. I partecipanti non erano a conoscenza di questi criteri, ma venivano incoraggiati a effettuare scelte in maniere spontanea e senza pianificazione.

Conduzione dell’esperimento

L’esperimento prevedeva che a ogni soggetto venissero presentati una serie di stimoli che cambiavano con una frequenza di 2 Hz, ovvero 2 al secondo. Ogni stimolo consisteva in una consonante pseudocasuale su sfondo scuro. I partecipanti avevano inoltre a disposizione due joystick, ciascuno con due pulsanti che corrispondevano al dito indice e al medio di ciascuna mano.

La scelta che i partecipanti allo studio dovevano effettuare consisteva nello schiacciare un pulsante con il dito indice, scegliendo tra destra e sinistra. I partecipanti erano invitati a rilassarsi osservando il flusso di lettere, prendendo nota della lettera sullo schermo nel momento in cui decidevano su che pulsante cliccare, e a cliccare sul joystick subito dopo avere scelto di farlo.

Dopo aver effettuato la scelta e con un ritardo variabile da 1 a 2.5 secondi, sullo schermo compariva una schermata di risposta con tre lettere e un asterisco inseriti dentro un quadrato. I partecipanti dovevano indicare, utilizzando i quattro pulsanti dei joystick, la lettera della quale avevano preso nota prima, indicando l’asterisco nel caso in cui la lettera non fosse presente tra le tre o nel caso in cui non la ricordassero. Le tre lettere corrispondevano alle tre lettere mostrate rispettivamente nel momento in cui il pulsante era stato inizialmente cliccato, mezzo secondo prima ed un secondo prima.

Dopo aver selezionato una lettera oppure l’asterisco nella schermata di risposta, il flusso di lettere ricominciava.

Il flusso di lettere veniva utilizzato come un timer che permetteva ai ricercatori di valutare se la scelta fosse stata pianificata prima della sua effettiva attuazione; i partecipanti erano lasciati totalmente liberi di scegliere come e quando effettuare una scelta, possibilità data dal fatto che i test di pre-selezione avevano già individuato coloro che tra i potenziali partecipanti presentavano un comportamento ottimale, permettendo così di ottenere immagini chiare e ben differenziate dalla fMRI.

Risultati

Durante lo studio, il pulsante di sinistra è stato scelto nel 51% dei casi, mentre quello di destra nel 49%. Nella schermata di risposta, i partecipanti hanno quasi sempre indicato di aver preso coscienza della decisione durante il passaggio sullo schermo della stessa lettera, o di una lettera prima rispetto al momento in cui avevano effettivamente cliccato sul pulsante.

Durante l’esperimento, i partecipanti sono stati sottoposti a risonanza magnetica funzionale utilizzando un dispositivo MRI con un campo magnetico di intensità 7 tesla. Lo scopo dell’esperimento era quello di identificare regioni cerebrali attivatesi prima che il soggetto divenisse consapevole della sua scelta.

L’analisi delle immagini ottenute ha consentito di identificare una zona nella corteccia prefrontale che si attiva prima che i soggetti diventino consapevoli della loro scelta. In particolare, sono stati individuati stimoli fino a 7.5 secondi precedenti alla scelta; tenendo conto del ritardo tra l’inizio dell’attività neurale e e l’aumento del flusso sanguigno in una determinata zona, ciò significa che una decisione potrebbe “essere presente” nel nostro cervello fino a 10 secondi prima che noi ne diventiamo coscienti.

Si tratta di un risultato interessante e che apre il campo a un’incredibile varietà di applicazioni nei campi più svariati; tuttavia, dato il campione ridotto dell’esperimento, è ancora troppo presto per dire che la risonanza magnetica possa “leggere il futuro”.

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