cópia local - Laboratório de Neuroimagem

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cópia local - Laboratório de Neuroimagem
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SÉRIE CINAPCE, 1/2008
NEUROCIÊNCIAS E EPILEPSIA
1
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Copyright © 2008, Li Li Min.
Direitos Reservados. Proibida a reprodução, mesmo parcial, por qualquer processo, sem autorização expressa do autor
e do editor.
Os organizadores e a editora não assumem responsabilidade por danos a pessoas ou propriedades decorrentes do uso
ou operação de métodos, produtos, instruções ou idéias contidas nesta publicação. Devido aos rápidos avanços nas
Neurociências, recomenda-se verificações independentes, em particular, no que se refere a diagnósticos médicos e
dosagens de medicamentos.
Capa: Milena Y. Madeira
Revisado por Paula T. Fernandes e Li Li Min
Ficha de Catalogação
N494
Neurociências e epilepsia / Organizadores Li Li Min, Paula Teixeira Fernandes, Roberto J. M.
Covolan, Fernando Cendes. – São Paulo: Plêiade, 2008. (Série CInAPCe, 1/2008)
354 p.
ISBN: 978-85-7651-080-2
1. Neurologia 2. Epilepsia I. Li, Li Min II. Fernandes, Paula Teixeira III. Covolan, Roberto
J. M. IV. Cendes, Fernando V. Cooperação Interinstitucional de Apoio à Pesquisas sobre o
Cérebro VI. Série CInAPCe
CDU 616.8
(Bibliotecária responsável: Elenice Yamaguishi Madeira – CRB 8/5033)
Conselho Editorial – Plêiade
Profa. Dra. Beatriz Lage - USP
Profa. Dra. Lídia Almeida Barros - UNESP
Prof. Dr. Erasmo de Almeida Nuzzi - Fund. Cásper Líbero
Prof. Dr. Flávio Calazans - UNESP
Prof. Dr. Gustavo Afonso Schmidt de Melo - USP
Prof. Dr. José Henrique Guimarães – USP
Prof. Dr. Laan Mendes de Barros – Fund. Cásper Líbero
Prof. Dr. Luís Barco - USP
Prof. Dr. Maurizio Babini - UNESP
Prof. Dr. Nelson Papavero - USP
Prof. Dr. Ricardo Baptista Madeira - UniFMU
Prof. Dr. Roberto Bazanini - IMES-SC
Editora Plêiade
Rua Apacê, 45 - Jabaquara - CEP: 04347-110 - São Paulo/SP
[email protected] - www.editorapleiade.com.br
Fones: (11) 2579-9863 – (11) 2579-9865
2008
Impresso no Brasil
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ORGANIZADORES
Li Li Min
Professor associado do Departamento de Neurologia da Universidade Estadual de Campinas
(UNICAMP) em regime de dedicação integral a docência e pesquisa. Prof. Li é formado pela
Universidade Federal do Paraná em 1989 e recebeu seu título de PhD pela Universidade McGill no
ano de 2000 com a tese "Static and dynamic properties of epileptogenic lesions" (A tese é top 10%
e está na Dean’s Honor List). Prof. Li obteve título de livre-docência pela Faculdade de Ciências
Médicas da UNICAMP em 2005. Prof. Li tem treinamento em neurologia, neurofisiologia e
neuroimagem em diferentes centros de excelência do mundo: Instituto de Neurologia y
Neurocirugia de Havana, Cuba em 1992, National Institute and Hospital for Neurology and
Neurosurgery, Queen Square, London, UK, de 1993 a 1995, Montreal Neurological Institute and
Hospital, Montreal, Canada de 1995 a 2000. Prof. Li é membro do Programa de Cirurgia de
Epilepsia e do Laboratório de Neuroimagem da UNICAMP. Prof. Li tem como principais linhas de
pesquisa a epilepsia, neuroimagem e neurociências tendo publicado mais de 100 artigos em revistas
especializadas nacionais e internacionais. Prof. Li está envolvido em campanhas regionais e
internacionais para aumentar o conhecimento da epilepsia e é presidente fundador e voluntário da
ASPE (Assistência à Saúde de Pacientes com Epilepsia - www.aspebrasil.org), uma organização não
governamental executora do Projeto Demonstrativo no Brasil como parte da Campanha Global
contra a Epilepsia WHO-ILAE-IBE. Mais recentemente, em 2006, Prof. Li desenvolveu e implantou
na UNICAMP um Programa de Atendimento ao Paciente com AVC e uma rede de alianças contra
o acidente vascular cerebral na cidade de Campinas. O Prof. Li é um dos pesquisadores principais e
coordenador de Difusão no programa CInAPCe (www.cinapce.org.br) da FAPESP (Cooperação
Interinstitucional de Apoio a Pesquisa sobre Cérebro).
Paula Teixeira Fernandes
Psicóloga formada em 1997 pela Pontifícia Universidade Católica de Campinas. Mestre e Doutora
em Ciências Médicas, área de Concentração Neurociências, pela Universidade Estadual de
Campinas (UNICAMP). Atualmente é pós-doutoranda e pesquisadora colaboradora do
Departamento de Neurologia da FCM – UNICAMP. Seu trabalho tem ênfase em Psicologia do
Comportamento e Neurociências, atuando principalmente nas seguintes áreas: estigma, qualidade
de vida, stress, depressão, ansiedade, habilidades sociais e neuropsicologia. Dra. Paula é a atual
presidente da ASPE, Assistência à Saúde de Pacientes com Epilepsia, uma ONG que tem a missão
de promover saúde bio-psico-social às pessoas com epilepsia e suas famílias. A ASPE é a executora
da Campanha Global “Epilepsia fora das sombras”, sob a chancela da Organização Mundial da
Saúde.
Roberto J. M. Covolan
Prof. Covolan obteve os títulos de Mestre em Física (1985) e Doutor em Ciências (1989) pela
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) com trabalhos em física de partículas, na área de
fenomenologia hadrônica a altas energias. Após um período de pós-doutoramento (1989-1990)
no Departamento de Física Teórica da Università degli Studi di Torino (Turim, Itália), assumiu a
posição de professor assistente no Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia do Instituto de
Física Gleb Wataghin (IFGW-UNICAMP) para desenvolver estudos sobre radiação cósmica e física
das partículas elementares. Durante o período de 1995-1996, esteve na Rockefeller University
(Nova York, EUA) como "guest investigator" fazendo parte do Laboratório de Física Experimental
de Altas Energias, que atua na Colaboração CDF do Tevatron Collider (Fermilab), para trabalhar
na investigação das então recentemente descobertas interações hadrônicas difrativas duras. A
partir de 1999, agora como professor associado, Roberto Covolan iniciou uma série de atividades
relacionadas à interação física-medicina. Fez parte da comissão que organizou e implantou os
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CInAPCe
cursos de bacharelado em Física Médica e Física Biomédica no IFGW, a partir de 2003. Desde
então tem sido o coordenador de Física Médica do IFGW. A partir do ano 2000, passou a
desenvolver atividades como colaborador do Laboratório de Neuroimagem (LNI), da FCMUNICAMP, visando desenvolver estudos sobre dinâmica cerebral através de ressonância magnética
funcional. Juntamente com pesquisadores do LNI, lançou em dezembro/2000 a proposta que
resultou
no
Programa
CInAPCe
(www.cinapce.org.br),
aprovado
pela
FAPESP
(www.fapesp.br/cinapce/). Durante licença sabática no período 2002-2003, esteve realizando um
estágio em Boston, EUA, na condição de "visiting scientist" junto ao Massachusetts General
Hospital e "visiting associate professor" junto ao Depto. de Radiologia da Harvard Medical School.
Durante esse período, realizou estudos funcionais multimodais, combinando a técnica de
tomografia óptica de difusão com ressonância magnética funcional para o mapeamento cerebral.
De volta à UNICAMP, criou em 2005 um novo grupo de pesquisa no IFGW, o Grupo de
Neurofísica. Foi um dos organizadores do projeto Centro Multimodal de Neuroimagem para
Estudos em Epilepsia , através do qual a UNICAMP estará inserida no Programa CInAPCe da
FAPESP.
Fernando Cendes
Prof. Cendes é graduado em medicina pela Universidade Federal de Goiás (1985), fez residência
médica em neurologia na Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP (1989), especialização
em neurofisiologia clínica na Universidade McGill - Montreal Neurological Institute and Hospital,
Canadá (1989), especialização em epileptologia e post doctoral research fellowship na
Universidade McGill – Hospital e Instituto Neurológico de Montreal (1991-1996), doutorado em
neurociência na Universidade McGill – Departamento de Neurologia e Neurocirurgia (1993-1997)
e livre-docência na Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP (2004). Em 1997 ingressou
como médico e docente na Faculdade de Ciências Médicas da UNICAMP. É professor associado
livre-docente no Departamento de Neurologia da UNICAMP, coordenador da Subcomissão de
Pós-Graduação do curso de Fisiopatologia Médica da FCM-UNICAMP, professor visitante ds
Universidade McGill, Departamento de Neurologia e Neurocirurgia (desde 1997), presidente da
Liga Brasileira de Epilepsia (2006-2008), secretário da Subcomissão de Neuroimagem da Liga
Internacioal Contra a Epilepsia. É Membro da Coordenação de Área da Saúde da FAPESP. Publicou
214 artigos completos em periódicos especializados (Medline), 35 capítulos de livros e 2 livros.
Orientou ou co-orientou 10 dissertações de mestrado, 17 teses de doutorado, 5 pós-doutorados,
além de ter orientado mais de 25 trabalhos de iniciação científica. É membro de corpo editorial
dos jornais científicos internacionais Epilepsia, Epilepsy Research, e Epileptic Disorders e do Journal
of Epilepsy and Clinical Neurophysiology. Foi chefe do Departamento de Neurologia da FCMUNICAMP (2002-2006). É membro titular da Academia Brasileira de Neurologia, da Sociedade
Brasileira de Neurofisiologia Clínica e da Sociedade Brasileira de Neuroradiologia Diagnóstica e
Terapêutica. É membro associado da American Academy of Neurology e bolsista de Produtividade
em Pesquisa do CNPq - Nível 1A. O Prof. Cendes é um dos pesquisadores principais e o
Coordenador Científico no programa CInAPCe (www.cinapce.org.br) da FAPESP (Cooperação
Interinstitucional de Apoio a Pesquisa sobre Cérebro).
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COLABORADORES
Adriana Pereira
Médica Psiquiatria da Infância e Adolescência do Departamento de Psiquiatria do Hospital das
Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo
Alberto Tannús
Professor Doutor do Instituto de Física de São Carlos
Alexandre X. Falcão
Professor Associado do Departamento de Sistemas de Informação do Instituto de Computação –
UNICAMP
Americo Ceiki Sakamoto
Professor Associado do Departamento de Neurologia, Psiquiatria e Psicologia Médica da FMRP –
USP
André Salles Cunha Peres
Doutorando do Departamento de Física e Matemática da Faculdade de Filosofia Ciências e Letras
de Ribeirão Preto – USP
Antonia Paula Marques de Faria
Professor Associado do Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências Médicas –
UNICAMP
Astrid Nehlig
Diretora de Pesquisa, INSERM U 666, Faculté de Médecine, Estrasburgo, França
Brenno Caetano Troca Cabella
Doutorando do Departamento de Física e Matemática da FFCLRP – USP
Camila Fernanda Lopes
Mestre pelo Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas - UNICAMP
Carlos Sato Baraldi Dias
Aluno de mestrado, Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia, Instituto de Física Gleb
Wataghin - UNICAMP
Carlos Vogt
Diretor de Redação do Laboratório de Jornalismo (LabJor) da UNICAMP
Cláudia Vianna Maurer Morelli
Pesquisadora Colaboradora do Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências
Médicas – UNICAMP
Cristiane de Souza Rocha
Doutoranda do Curso de Fisiopatologia Médica da Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP
Daniel Papoti
Doutorando em Física Aplicada no Instituto de Física de São Carlos
Daniela Aguiar de Souza-Kols
Doutoranda do Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP
7
CInAPCe
Draulio Barros de Araújo
Professor Doutor do Departamento de Física e Matemática da Faculdade de Filosofia Ciências e
Letras de Ribeirão Preto - USP
Edson Amaro Júnior
Professor Associado do Departamento de Radiologia, Faculdade de Medicina – USP-SP
Edson Luiz Géa Vidotto
Técnico de nível superior, Instituto de Física de São Carlos
Evandro Pinto da Luz de Oliveira
Professor Doutor do Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP
Fabio Cappabianco
Doutorando do Departamento de Sistemas de Informação – DSI, Instituto de Computação – IC,
UNICAMP
Fábio Rossi Torres
Pós doutorando do Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências Médicas UNICAMP
Felipe Bergo
Doutor em Ciência da Computação pelo Departamento de Sistemas de Informação – DSI, Instituto
de Computação – IC, UNICAMP
Fernanda Favretto
Mestranda do Departamento de Sistemas de Informação – DSI, Instituto de Computação – IC,
UNICAMP
Fernando Cendes
Professor Associado do Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas UNICAMP
Gabriela Castellano
Professora Doutora MS-3 do Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia, Instituto de Física
Gleb Wataghin – UNICAMP
Guilherme Ruppert
Doutorando do Departamento de Sistemas de Informação – DSI, Instituto de Computação – IC,
UNICAMP
Helder Tedeschi
Professor Doutor do Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP
Iara Leda Brandão de Almeida
Doutora pelo Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP
Iara Ribeiro Silva
Doutoranda da Disciplina de Neurologia Experimental, Departamento de Neurologia e
Neurocirurgia - UNIFESP
Iscia Lopes-Cendes
Professora Associada do Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências Médicas –
UNICAMP
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Jaqueline Cristina Crempe
Aluna de iniciação científica do CINDEDI (Centro de Investigações sobre Desenvolvimento
Humano e Educação Infantil), da F.F.C.L.R.P. – USP
João Ricardo Sato
Pesquisador do Laboratório de Investigação Médica 44, Instituto de Radiologia do Hospital das
Clínicas-USP
Juan Clinton Llerena Junior
Pesquisador Titular da Fundação Oswaldo Cruz.
Kátia de Souza Amorim
Professora do Departamento de Psicologia e Educação da F.F.C.L.R.P. – USP e membro de
CINDEDI (Centro de Investigações sobre Desenvolvimento Humano e Educação Infantil), da
F.F.C.L.R.P. – USP.
Kette Dualibi Ramos Valente
Diretora do Laboratório de Neurofisiologia Clínica do Departamento de Psiquiatria do Hospital
das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo
Koichi Sameshima
Professor Associado do Departamento de Radiologia, Faculdade de Medicina-USP
Li Li Min
Professor Associado do Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas da
UNICAMP
Lília D’Souza Li
Professora Doutora do Departamento de Pediatria da Faculdade de Ciências Médicas da
UNICAMP
Luiz Antonio Baccalá
Professor Associado do Departamento de Engenharia Elétrica, Escola Politécnica-USP
Marcio Junior Sturzbecher
Doutorando do Departamento de Física e Matemática da FFCLRP – USP
Maria Augusta Montenegro
Professora Doutora do Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas –
UNICAMP
Maria do Carmo Souza Rodrigues
Médica do Ministério da Saúde do Departamento de Pediatria do Hospital Universitário Cassiano
Antônio Moraes – Universidade Federal do Espírito Santo
Maria José da Silva Fernandes
Professora Adjunta do Departamento de Neurologia e Neurocirurgia, Disciplina de Neurologia
Experimental – UNIFESP
Marilisa Mantovani Guerreiro
Professora Titular do Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas - UNICAMP
Mateus José Martins
Técnico de nível superior, Instituto de Física de São Carlos
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CInAPCe
Maurício da Silva Sercheli
Pesquisador Colaborador do Instituto de Física Gleb Wataghin – UNICAMP
Nelson Filice de Barros
Professor Doutor do Departamento de Medicina Preventiva e Social da Faculdade de Ciências
Médicas da UNICAMP
Nereide Freire Cerqueira
Médica veterinária e jornalista
Oswaldo Baffa Filho
Professor Titular do Departamento de Física e Matemática da Faculdade de Filosofia Ciências e
Letras de Ribeirão Preto – USP
Patricia Rzezak
Doutoranda do Departamento de Psiquiatria do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina
da Universidade de São Paulo
Paula Hespanholo Nascimento
Mestranda do Departamento de Pediatria da Faculdade de Ciências Médicas da UNICAMP
Paula Teixeira Fernandes
Pesquisadora colaboradora do Departamento de Neurologia da Faculdade de Ciências Médicas da
UNICAMP
Pedro Valdés Sosa
Coordenador científico do Consórcio Cubano de Neuroimagem
Paulo Miranda
Doutorando do Departamento de Sistemas de Informação – DSI, Instituto de Computação – IC,
UNICAMP
Regina Maria França Fernandes
Professora do Departamento de Neurologia, Psiquiatria e Psicologia Médica da FMRP – USP
Rickson Coelho Mesquita
Doutorando do Instituto de Física “Gleb Wataghin” – UNICAMP
Roberto J. M. Covolan
Professor Associado do Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia do Instituto de Física “Gleb
Wataghin” – UNICAMP
Rodrigo Secolin
Doutorando do Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências Médicas –
UNICAMP
Romênia Ramos Domingues
Técnica do Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP
Sabine Righetti
Jornalista do Laboratório de Jornalismo (LabJor) da UNICAMP
Sandra Patricia Cuellar Baena
Doutoranda do Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia, Instituto de Física Gleb Wataghin
– UNICAMP
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Simone Sayuri Tsuneda
Doutoranda do Departamento de Genética Médica da Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP
Suselei Aparecida Bedin Affonso
Pesquisadora Associada do LANTEC- Faculdade de Educação – UNICAMP
Tonicarlo Rodrigues Velasco
Médico Contratado da FMRP – USP
Ubiraci Pereira da Costa Neves
Professor Doutor do Departamento de Física e Matemática da FFCLRP – USP
Vera C. Terra-Bustamante
Médica neurologista, contratada pelo HC-FMRP – USP, membro do CIREP (Centro de Cirurgia de
Epilepsia).
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CInAPCe
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PREFÁCIO
A pesquisa em Neurociências, uma das áreas mais fascinantes da ciência contemporânea,
tem como finalidade principal a compreensão da dinâmica cerebral normal e patológica e da sua
conexão com as funções cognitivas. O cérebro, além de nos propiciar controle motor, fisiológico e
percepção do mundo ao nosso redor, nos fornece as bases biológicas para atividades mentais de
alto nível, como pensamento racional, sentimentos e emoções, raciocínio criativo e também os
meios para o estabelecimento das mais variadas formas de comunicação.
A geração de conhecimento e o desenvolvimento de pesquisas de ponta nessa área
requerem o envolvimento de equipes de pesquisadores com formações complementares, atuando
de forma coordenada. Em vista disso, a FAPESP criou o chamado Programa CInAPCe (Cooperação
Interinstitucional de Apoio a Pesquisas sobre o Cérebro) visando promover o desenvolvimento de
pesquisas em neurociências.
Esta iniciativa que levou à criação do Programa CInAPCe partiu de lideranças científicas
do Estado de São Paulo na área de neurociências, que trabalharam ao longo de vários anos no
detalhamento deste programa. A idéia inicial foi a formação de uma rede de pesquisas sobre o
cérebro, combinando a vocação profissional de grupos de pesquisa com experiências distintas e
complementares. A questão biológica central é a compreensão dos mecanismos que controlam o
funcionamento cerebral normal e patológico no ser humano. Fenômenos tão diversos como
memória, neurotransmissão, degeneração e morte neuronal em doenças que acometem o sistema
nervoso central fazem parte da complexidade da dinâmica cerebral e requerem para o seu estudo
a contribuição de grupos de pesquisa multidisciplinares atuando de forma colaborativa.
Definiu-se, então, que a primeira fase do programa teria foco no estudo da epilepsia. Esta
escolha é justificada pela importância desta condição como problema médico, por sua atualidade
científica e pela existência de um número expressivo de diferentes grupos de pesquisa com
competência na área. Escolheu-se também uma técnica experimental de ponta, a ressonância
magnética de alto campo, que daria ao grupo de pesquisadores a coesão necessária para conduzir,
de forma produtiva, importantes pesquisas e desenvolvimento tecnológico nessa área. Esta
escolha, contudo, não se fez às expensas de outras técnicas e métodos avançados aplicados na
pesquisa em neurociências. Estes também foram amplamente contemplados, assim como
instrumentação e equipamentos voltados para a abordagem multimodal de neuroimagem
funcional.
Atualmente, o Programa CInAPCe tem seis centros de pesquisa principais. Quatro deles UNICAMP, USP Ribeirão Preto, USP São Paulo e Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa Albert
Einstein - abrigam equipamentos de ressonância magnética de 3 Tesla, os mais avançados
atualmente, para estudos com humanos. Outro centro, localizado na USP São Carlos, está
construindo um sistema de ressonância magnética no qual serão realizados estudos em modelos
animais, em colaboração com grupos de pesquisa da Unifesp.
Este livro é fruto de um esforço coletivo dos pesquisadores das diversas
áreas do conhecimento que formam o Programa CInAPCe. Constam dele trabalhos apresentados
durante o II Workshop CInAPCe, realizado em junho de 2008, em Campinas, SP. É a multidisciplinaridade colocada à prova, onde o tema central “Neurociências” é abordado sob diferentes
perspectivas. O livro está subdividido em quatro seções: Aplicação Clínica, Desenvolvimento
Tecnológico, Ciência Básica & Experimental e Educação & Interação Social. Os capítulos refletem as
tendências da pesquisa dentro do Programa CInAPCe. Assim, incluímos no final deste livro os
abstracts do II Workshop CInAPCe. Os melhores abstracts da sua modalidade escolhidos pelos
pares estão apresentados nas seções específicas em forma de trabalho completo.
Os organizadores.
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CInAPCe
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SUMÁRIO
APLICAÇÃO CLÍNICA ........................................................................................................... 17
COGNIÇÃO E EPILEPSIA DE LOBO TEMPORAL NA INFÂNCIA E ADOLESCÊNCIA ......................................19
DEPRESSÃO EM CRIANÇAS E ADOLESCENTES COM EPILEPSIA ..................................................................33
MALFORMAÇÕES DO DESENVOLVIMENTO CORTICAL: ESTUDOS GENÉTICOS, MOLECULARES
E DE NEUROIMAGEM (melhor trabalho da categoria) ......................................................................41
DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO ............................................................................... 49
EEG-FMRI: UMA ABORDAGEM MULTIMODAL DA EPILEPSIA ATRAVÉS DE REGISTROS
SIMULTÂNEOS DE ELETROENCEFALOGRAMA E RESSONÂNCIA MAGNÉTICA FUNCIONAL .......................51
LOCALIZAÇÃO DE DESCARGAS EPILÉPTICAS INTERICTAIS USANDO A DISTÂNCIA DE
KULLBACK-LEIBLER NA AQUISIÇÃO SIMULTÂNEA DE EEG-FMRI ............................................................65
IDENTIFICAÇÃO DE REDES DE CONECTIVIDADE CEREBRAL EM DADOS DE EEG-RMF
UTILIZANDO A COERÊNCIA PARCIAL DIRECIONADA ............................................................................767
IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE LOCALIZAÇÃO ESPACIAL DE REGIÕES CEREBRAIS EM
TEMPO REAL PARA APLICAÇÃO DE TMS POR CO-REGISTRO COM FMRI ..............................................87
PROCESSAMENTO, VISUALIZAÇÃO E ANÁLISE DE IMAGENS ANATÔMICAS DO CÉREBRO
HUMANO..............................................................................................................................................967
ESPECTROSCOPIA DE RM DINÂMICA PARA ESTUDO DO CÉREBRO .......................................................125
ESTUDO FUNCIONAL DO CÉREBRO ATRAVÉS DE NIRS E TOMOGRAFIA ÓPTICA DE DIFUSÃO............146
DESENVOLVIMENTO DE BOBINAS TRANSMISSORAS DE RF PARA EXPERIMENTOS DE IMAGENS
POR RM EM MARMOSETS (melhor trabalho da categoria) ..............................................................163
CIÊNCIA BÁSICA & EXPERIMENTAL ................................................................................... 175
BASES TEORICO-PRÁTICAS DOS MÉTODOS QUANTITATIVOS DE UTILIZAÇÃO DE GLICOSE E
DO FLUXO SANGUÍNEO CEREBRAL EM MODELO ANIMAL ...................................................................177
PAPEL DO ÍON CÁLCIO E DE PROTEÍNAS SENSORAS DE CÁLCIO EM EPILEPSIA DO LOBO
TEMPORAL ............................................................................................................................................187
PERFIL DA EXPRESSÃO GÊNICA NA EPILEPSIA DE LOBO TEMPORAL MESIAL FAMILIAL
ASSOCIADA COM ATROFIA HIPOCAMPAL (melhor trabalho da categoria) ......................................197
EDUCAÇÃO & INTERAÇÃO SOCIAL ................................................................................. 205
PERCEPÇÃO DE ESTIGMA NA EPILEPSIA .................................................................................................207
PROCESSO DE CONSTRUÇÃO DE SIGNIFICAÇÕES DE PAIS SOBRE A EPILEPSIA E DE SEU FILHO
COM EPILEPSIA ......................................................................................................................................223
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CInAPCe
A EPILEPSIA NA REDE REGULAR DE ENSINO: DIVERSIDADE E SAÚDE COMO OBJETOS DE
REFLEXÃO E DEBATE NA FORMAÇÃO DO PROFESSOR E NA PRÁTICA EDUCATIVA ..............................241
NEUROCIÊNCIAS E COMUNICAÇÃO CIENTÍFICA ...................................................................................245
EPILÉPTICO X PESSOA COM EPILEPSIA: EXISTE DIFERENÇA? (melhor trabalho da categoria) ............257
ABSTRACTS BOOK – II WORKSHOP CINAPCE .................................................................. 267
16
Aplicação Clínica
APLICAÇÃO CLÍNICA
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Neurociências
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Aplicação Clínica
COGNIÇÃO E EPILEPSIA DE LOBO TEMPORAL NA INFÂNCIA E ADOLESCÊNCIA
Patrícia Rzezak; Kette D.R. Valente1
1. Epilepsia do Lobo Temporal na Infância
A epilepsia afeta aproximadamente 1 a 3% da população, o que a torna um dos
distúrbios neurológicos mais freqüentes. Segundo os dados da OMS, a epilepsia representa a
segunda maior causa de procura por centros de Saúde Mental, depois da depressão.
Apesar da alta incidência e prevalência de epilepsia na faixa-etária pediátrica, estudos que
abordem as diferenças entre aqueles pacientes que tiveram início da epilepsia na infância,
adolescência e idade adulta são escassos (1).
2. Maturação Cerebral, Epilepsia e Cognição
As funções cognitivas, ou seja, a capacidade de processar adequadamente as informações
e de programar o comportamento adaptativo, dependem do processamento cortical e envolvem
inúmeras funções, entre elas: a habilidade de resolver problemas, memorizar informações e focar a
atenção. Além disso, as funções cognitivas estão relacionadas à capacidade de lidar, de forma
criativa, com situações complexas, transcendendo a situação imediata e antecipando a ação futura
(2).
De forma esquemática, o desenvolvimento dos processos cognitivos emerge em uma fase
de interação da organização neuronal com a estimulação ambiental. Dessa interação resulta uma
nova organização neuronal que vai, por sua vez, novamente, ser influenciada pelo ambiente,
gerando, desta forma, um processo cíclico de contínua reorganização neural. Se nenhum acidente
ocorrer neste período de formação, este processo será responsável pela especialização funcional
cerebral, que é normalmente semelhante em todos os indivíduos (3).
Em crianças com epilepsia, a atividade ictal e interictal ocorre em um córtex que ainda
está em maturação. A atividade elétrica anormal vai estimular redes neuronais num período em
que está ocorrendo o maior crescimento de dendritos e sinapses. Desta forma, o processo
patológico poderá interferir no desenvolvimento cerebral normal da atividade de redes neuronais
envolvidas em um ou em muitos processos cognitivos (3).
Estudos recentes sugerem que a epilepsia que se inicia em idade precoce pode ter um
efeito negativo maior sobre a estrutura neuronal da criança do que a epilepsia com início na idade
adulta. Assim, exames de RM sugerem redução da conectividade cerebral, demonstrada pela
redução volumétrica da substância branca de todo o cérebro, do corpo caloso em particular, de
pacientes com epilepsia de início precoce. Nestes pacientes, há uma associação entre a redução
volumétrica e piores performances em alguns domínios cognitivos, porém, não em todos (4,5).
Em uma criança com epilepsia do lobo temporal (ELT), as conseqüências da lesão, do
córtex epileptogênico e do tratamento ocorrem em um cérebro ainda em desenvolvimento, sendo
responsáveis, muitas vezes, por atraso do desenvolvimento neuropsicomotor e deficiência mental
(6).
3. Espectro das Disfunções Cognitivas em Pacientes com ELT
Alguns déficits cognitivos específicos são observados em pacientes com epilepsia.
Particularmente naqueles com ELT são esperados dificuldades de memória, nas habilidades verbais
(7), dificuldades no processamento de números (8), de reconhecimento de emoções faciais (9) e
das funções intelectuais. Os déficits mais freqüentemente estudados são os de memória, que serão
detalhados a seguir.
1 Endereço para correspondência: Kette Dualibi Ramos Valente - e-mail: [email protected] - Laboratory of
Clinical Neurophysiology, University of São Paulo Medical School. Dr. Ovídio Pires de Campos 785, CEP 05403010, São Paulo/SP
19
Neurociências
3.1. Funções Mnésticas em Adultos com ELT
3.1.1. Memória Episódica
Na ELT a memória declarativa está visualmente comprometida quando estruturas mesiais,
associadas às neocorticais adjacentes, estão lesadas ou disfuncionais, sob efeito de atividade elétrica
anormal e/ou de efeitos indesejados de tratamentos. Assim, Helmstaedter (10), em um estudo com
1.000 pacientes com ELT refratária avaliados desde 1988, demonstrou que 70 a 80% destes
pacientes apresentavam comprometimentos de memória verbal ou visual.
Helmstaedter (10) afirma que os déficits de memória episódica (informações adquiridas
dependentes do tempo e de um contexto) são aqueles mais evidentes em pacientes com ELT. No
entanto, prejuízos da memória semântica também podem ser encontrados, mas de forma menos
consistente.
Blume (11) relaciona os déficits de memória com a zona epileptogênica, revelando que
este é comum quando a zona epileptogênica encontra-se em ambos os LT ou quando está
localizada no LT dominante para a linguagem.
Existem evidências de que os pacientes com ELT unilateral apresentem déficits
neuropsicológicos lateralizados. Foi postulado que tais déficits podem ser causados pela perda de
células associada à lesão ou pela interferência das descargas epileptiformes interictais na cognição
(12).
Além disso, o prejuízo da memória na ELT tende a ser memória-específico. Ou seja,
pacientes com ELT esquerda costumam apresentar prejuízos de memória verbal enquanto aqueles
com ELT direita têm déficits da memória não-verbal (13,14). No entanto, falsas lateralizações dos
déficits de memória (desvio da regra esquerdo versus direito e verbal versus não-verbal) são
freqüentes. A falsa lateralização na ELT esquerda vem sendo atribuída a fatores como a
dominância hemisférica e diferenças ligadas ao gênero, enquanto na ELT direita é relacionada com
uma maior organização bilateral das redes de memória não-verbal, processos de reverberações
mentais ou o tipo de teste empregado para avaliação desta função (15).
O estudo de Grammaldo et al. (16) demonstra, no entanto, que o efeito lateralizatório
dos testes neuropsicológicos de memória só pode ser observado nos pacientes com ELT secundária
à atrofia hipocampal (AH). Os autores propuseram três hipóteses para explicar este achado: I. o
efeito da duração maior das variáveis da epilepsia sobre a memória dos pacientes com lesão mesial
em comparação àqueles com tumores e outros tipos de lesão no LT, II. as diferenças fisiológicas
ligadas à neuropatologia de cada condição e III. conseqüência da heterogeneidade do grupo com
ELT sem AH.
A AH é freqüentemente associada a prejuízos de memória relacionados com o fato da
zona epileptogênica, bem como a lesão, se localizarem em uma região reconhecida por ser crítica
na consolidação de novas memórias (17,18). As estruturas temporais mesiais estão relacionadas
com o processamento da memória declarativa de longo-prazo no período de desenvolvimento da
criança. Isto significa que uma lesão precoce nestas regiões não pode ser compensada pelo
estabelecimento de regiões alternativas e que o grau de prejuízo mnéstico é relacionado com a
idade em que a criança adquiriu a lesão (17).
Estudos com RM funcional em sujeitos normais, desempenhando atividades de memória,
revelaram a ativação simétrica bilateral das regiões mesiais do LT (19-22). Em compensação, nos
pacientes com ELT, foi observada ativação assimétrica das regiões mesiais do LT, diminuição da
atividade de estruturas mesiais do LT ipsilateral à zona epileptogênica (19,21,23-25) ou
hiperativação das estruturas mesiais contralaterais ao foco da lesão (26).
Cheung et al. (25), em estudo com RM funcional, atribuem seus achados – redução da
ativação bilateral no LT mesial com uma redução mais acentuada nas estruturas mesiais do LT
ipsilateral à zona epileptogênica - ao envolvimento patológico unilateral da região mesial do LT
dos seus pacientes, que poderia resultar em diminuição funcional bilateral do processamento da
memória. Estes autores (25) encontraram, também, associação negativa entre a ativação funcional
do LT e a duração da ELT. Entretanto, a freqüência de crises e o volume hipocampal não se
correlacionaram com a ativação mesial.
20
Aplicação Clínica
Vê-se, portanto, que lesões nas regiões mesiais do LT parecem ser suficientes para originar
os déficits de memória. No entanto, existem indícios de que não apenas a região hipocampal, mas,
também, as regiões corticais adjacentes estão envolvidas no processamento da memória. Cabe
então, questionar-se se estas regiões neocorticais também são importantes para as funções de
memória (27).
Em um estudo realizado por Cheung & Chan (27) foi possível encontrar evidências da
participação do neocórtex na memória, quando se estudou um grupo de pacientes com déficits
mnésticos após lesão bilateral no córtex temporal lateral, com preservação hipocampal.
Interessantemente, os déficits desses pacientes com lesões neocorticais temporais bilaterais eram
comparáveis aos daqueles com lesões hipocampais. Portanto, há evidências de que não somente o
hipocampo esteja envolvido nos processos mnésticos, o que sugere a participação relevante das
estruturas do córtex lateral.
3.1.2. Memória Semântica
Observa-se, desta forma, que uma série de pesquisas vêm enfatizando o estudo dos
déficits material-específicos da memória episódica associados à zona epileptogênica no hemisfério
esquerdo ou direito, no entanto, pouca atenção vêm sendo dada para as habilidades de memória
semântica tais como: categorização semântica na evocação e aprendizagem (28-31), codificação
semântica na associação e consolidação de novas informações (32) e nomeação (33-40).
A memória semântica é um dicionário mental, o conhecimento organizado que uma
pessoa possui a respeito das palavras e outros símbolos verbais, seu significado e referentes, a
respeito da relação entre eles e a respeito de regras, fórmulas e algoritmos para a manipulação dos
símbolos, conceitos e relações (41).
Alguns estudos demonstraram prejuízos de memória semântica no que se refere à
categorização de figuras e nomeação em pacientes submetidos a lobectomia temporal esquerda
(40). Além disso, estudos com pacientes com ELT esquerda não submetidos à cirurgia revelaram
dificuldades quanto à evocação verbal sob pistas semânticas e produção verbal de categorias (42),
nomeação de figuras e julgamento semântico (43) e conhecimento semântico (44).
A escassez de dados sobre a memória semântica destes pacientes pode ser atribuída ao
fato dos pacientes negligenciarem estes sintomas (perda do conhecimento geral, falhas na
recordação de informações não-episódicas e dificuldades conceituais) em detrimento daqueles
relacionados à memória episódica (43). Além disso, testes que avaliem a memória semântica não
costumam ser incluídos na bateria de testes neuropsicológicos a que são submetidos estes pacientes
(45-47).
3.2. Memória em Crianças com Epilepsia
Na infância, segundo a revisão de Helmstaedter & Kockelmann (6), num cérebro em
maturação, os piores efeitos da ELT ocorrem com a memória. No entanto, diferente do adulto, na
avaliação neuropsicológica de crianças com ELT, a relação entre o desempenho em testes
neuropsicológicos e a lateralização da zona epileptogênica ainda é controversa. Adams et al. (48)
observaram prejuízos iguais quanto à memória verbal e visual em crianças com foco à direita e à
esquerda. Por outro lado, Jambaque et al. (49) demonstraram déficits de memória verbal em
crianças com ELT à esquerda e de memória visual nas com ELT à direita, equivalente ao
encontrado nos adultos com esta síndrome.
No estudo de Lendt et al. (50), com 20 crianças e pré-adolescentes com ELT (idade média
de 13,8 anos), as funções mnésticas estavam intactas. Este dado contradiz o que é freqüentemente
observado em adultos com ELT. Os autores creditam isso ao menor tempo de duração da epilepsia
em crianças, o que reduziria a ocorrência de déficits cognitivos.
No estudo de Szabó et al. (51), 14 pré-adolescentes com ELT (idade média de 9,4 anos),
foram submetidos a avaliações neuropsicológicas pré e pós-operatórias e apresentaram a
estabilidade do Quociente Intelectual (QI) e diminuição da memória verbal após ressecção do LT.
A relativa estabilidade das medidas de QI em pré-adolescentes, indica que a habilidade intelectual
21
Neurociências
geral não é afetada pela ressecção do LT. Segundo estes mesmos autores, poucos estudos avaliaram
os efeitos da ELT e da lobectomia temporal na cognição de crianças com epilepsia. Em sua revisão,
estes autores notaram que a maior parte das séries abordando este tópico apresentam resultados
semelhantes aos dos estudos com adultos. Os autores justificam este achado pelo fato da
população estudada, predominantemente composta por adolescentes, limitar as conclusões sobre
as disfunções mnésticas em crianças pós-cirurgia do LT.
No estudo realizado por Guimarães et al. (52), no qual o desempenho em testes de
memória e aprendizado de 25 crianças com ELT com lesões em estruturas mesiais e neocorticais do
LT, foi comparado ao de 25 crianças voluntárias saudáveis, observamos um pior desempenho das
primeiras em testes avaliadores das habilidades atencionais, mnésticas verbais e visuais e de
aprendizagem verbal e visual, corroborando o previamente relatado (48-50,53,54). Em nosso
estudo, não foram observados déficits específicos relativos à lateralidade da lesão. Assim, crianças
com lesão em hemisfério esquerdo não tiveram piores desempenhos em testes de memória e
aprendizagem verbal do que aquelas com lesão à direita.
Desta forma, fica evidente que na faixa etária pediátrica, estudos sobre os prejuízos de
memória ainda são importantes para determinar se o padrão de dificuldades bastante conhecido
no adulto já pode ser observados nas crianças, ou se é conseqüência da exposição prolongada à
epilepsia.
3.3. Funções Executivas em Adultos com ELT
Para compreender as funções executivas (FE) basta considerar a seqüência de eventos
necessária para cada comportamento propositado. Primeiro o comportamento deve ser iniciado, o
objetivo deve ser identificado e a meta da ação formulada. Em seguida, um plano de ação deve
ser traçado para a obtenção do objetivo estabelecido e as formas de realizar o plano devem ser
selecionadas numa seqüência temporal. Assim, os vários passos do plano devem ser executados
numa ordem apropriada com uma passagem de um passo a outro imperceptível. Por fim, uma
comparação deve ser feita entre o objetivo traçado e as conseqüências da ação propriamente dita.
Estas são funções dos lobos frontais e por esta razão que as funções atribuídas aos lobos frontais
são chamadas de executivas (55).
Portanto, o termo FE refere-se a um conceito abrangente utilizado para descrever uma
série de habilidades complexas relacionadas a um comportamento orientado para uma meta (56).
As FE permitem ao indivíduo (i) escolher e renegar comportamentos de forma flexível, em
resposta às demandas ambientais, (ii) regular estes comportamentos através de processos de
automonitoração e (iii) sustentar planos de ações durante um período de tempo.
As definições de FE designam uma coleção de habilidades, que embora estejam
relacionadas entre si, são distintas. Estas funções são responsáveis pela organização e controle do
funcionamento cognitivo, comportamental e emocional direcionados a metas (57). Esta função
está relacionada com a habilidade do indivíduo em realizar ações independentes, intencionais e
auto-direcionadas, de forma bem sucedida.
Assim, as FE incluem: antecipação, planejamento e organização, iniciação de planos de
ações, inibição de distratores e interferências, auto-monitorização do processo, flexibilidade para
alterar novas ações quando necessário, ao mesmo tempo em que se mantém o processo e a meta
numa memória de operacional ativa (57-59).
Portanto, indivíduos com disfunções executivas (DE) apresentam dificuldades no
planejamento de comportamentos visando conseqüências futuras, controle de impulsos
espontâneos e modulação da expressão emocional (60).
Damásio (61) postulou que estas disfunções do lobo frontal estariam relacionadas a
mecanismos de sinalização neural disfuncionais que, quando funcionando adequadamente,
integram os aspectos afetivo-motivacionais com a cognição no processo de tomada de decisões
integradas ao contexto das esferas pessoais e interpessoais.
O orquestramento cognitivo frontal opera através de conexões recíprocas entre as
estruturas pré-frontais e límbicas, córtices de associação têmporo-parieto-occipital e regiões
motoras corticais e subcorticais (62).
22
Aplicação Clínica
Os lobos frontais ocupam aproximadamente 1/3 do córtex cerebral e podem ser
subdivididos em algumas estruturas anátomo-funcionais distintas: opérculo, córtex pré-frontal
(CPF) ventromedial e dorsolateral e cíngulo. Cada uma destas estruturas é responsável por
componentes das FE distintos (55,63):
• Córtex órbito-frontal: inibição de ações inapropriadas e impulsivas, coordenação de
comportamentos que levam a gratificações futuras e duradouras.
• Córtex dorsolateral: iniciação da ação, capacidade de planejamento e flexibilidade
mental.
• Córtex ventromedial: habilidade de obedecer a regras socialmente determinadas,
aprendizagem com experiências novas, interpretação de emoções complexas e
organização da tomada de decisões.
Estudos com pacientes adultos com ELT vêm evidenciando a presença de DE, além
daquelas de memória e aprendizagem amplamente reconhecidas na literatura. No momento,
existem duas hipóteses para explicar esta disfunção em pacientes com ELT, que serão detalhadas a
seguir.
Segundo Corcoran & Upton (64), a presença de AH em hemisfério direito estaria
associada a um pior desempenho em teste avaliador de flexibilidade mental (Wisconsin Card
Sorting Test - WCST) o que foi demonstrado pelo pior desempenho destes pacientes do que
daqueles com ELT lateral ou, até mesmo, de pacientes com epilepsia do lobo frontal. Portanto,
esta DE seria explicada pela lesão hipocampal per se e estaria relacionada com a memória
operacional (working memory). Em concordância ao achado de Corcoran & Upton (64), o estudo
de Hermann et al. (34) demonstrou um pior desempenho no WCST dos pacientes com foco no LT
direito.
Por outro lado, Hermann & Seidenberg (65) propuseram que a atividade epiléptica
anormal do LT espraiava-se para estruturas extra-temporais responsáveis pelas habilidades
executivas, hipótese essa baseada nos seus achados de correlação do funcionamento executivo com
controle de crises e não com etiologia da ELT.
Contudo, não existe ainda um consenso quanto ao desempenho no WCST e a
lateralização da lesão e etiologia da ELT. Assim, enquanto Horner et al. (66) não encontraram
diferenças significativas entre pacientes com foco no LT direito ou no esquerdo, Hermann &
Seidenberg (65) não encontraram associação entre a presença de AH e o desempenho no WCST.
3.4. Funções Executivas em Crianças com ELT
No estudo sobre DE em crianças com ELT, Igarashi et al. (67) relataram que crianças com
AH têm maiores déficits de execução/planejamento do que aquelas com lesões neocorticais
temporais ou frontais quando avaliadas pelo WCST.
Hernandez et al. (68) avaliaram as FE através de testes que investigavam as habilidades
de planejamento, memória operacional, controle de impulsos, atenção e alguns aspectos da
coordenação motora em crianças com epilepsia de lobo frontal utilizando crianças com ELT,
epilepsia generalizada idiopática (ausências típicas) e controles como grupos de comparação. As
crianças com epilepsia de lobo frontal apresentaram prejuízos de planejamento, controle de
impulsos e maiores problemas de coordenação motora do que as demais crianças. Um outro
estudo (69), com características similares ao primeiro, corrobora estes achados, demonstrando que
crianças com epilepsia de lobo frontal tem pior performance nas FE, enquanto àquelas com ELT
apresentavam somente problemas de memória.
Nosso grupo recentemente demonstrou a presença de disfunção executiva em uma
amostra de 35 crianças e adolescentes com ELT sintomática e provavelmente sintomática através
de uma bateria neuropsicológica ampla para avaliação das funções atencionais e executivas,
contendo nove paradigmas. Interessantemente, algumas variáveis da epilepsia, além da etiologia,
relacionadas com a gravidade da mesma, correlacionaram-se positivamente com o
comprometimento executivo destas crianças. Além disso, através de um critério clínico elaborado
em nosso grupo pudemos determinar a presença de diferentes níveis de gravidade desta disfunção
nestes pacientes, sendo que a maior parte deles apresentava disfunção moderada ou grave (70).
23
Neurociências
A avaliação neuropsicológica ganha uma importância ainda maior quando se trata de
epilepsia em faixa etária pediátrica. Isso porque, nesta fase, ainda é possível a mudança do
prognóstico, através da reabilitação neuropsicológica. Além disso, auxilia na escolha de um
tratamento mais efetivo, prevenindo assim, o prolongamento de disfunções cognitivas secundárias
à epilepsia e uma vida adulta com possibilidades ocupacionais restritas (2).
4. Morfometria Baseada no Voxel (MBV) e a Avaliação Cognitiva da Epilepsia do Lobo Temporal
Apesar dos primeiros estudos de neuroimagem, em psiquiatria, terem sido publicados na
década de 70, foram os avanços tecnológicos destas técnicas, ocorridos nos últimos 20 anos, que
têm permitido maior desenvoltura nos estudos que visam compreender as relações entre cérebro e
comportamento (71).
Na prática clínica, a investigação e o tratamento de pacientes com epilepsia vêm sendo
revolucionados pelo advento das técnicas RM, que vêm sendo demonstradas como eficazes
indicadores de eventos patológicos associados à epilepsia. Técnicas como a aquisição volumétrica
através de finas fatias contínuas e de reformatação em três dimensões do cérebro, têm sido usadas
para afirmar a habilidade da RM para a visualização da anatomia cerebral, bem como das lesões
epileptogênicas in vivo (72).
Poucos estudos de RM quantitativa, em pacientes com ELT, avaliaram o volume cerebral
total, bem como o volume dos tecidos branco e cinzento de regiões extratemporais. Contudo,
existem evidências de que as anormalidades na estrutura cerebral estendem-se além das redes
neuronais responsáveis pela origem e propagação das crises epilépticas (73).
Na ELT, estudos eletrofisiológicos (74) e neuroanatômicos (75,76) apontam o
hipocampo como estrutura com maior envolvimento com o processo epileptogênico.
Estudos com RM (77-79), demonstraram que as anormalidades estruturais associadas à
ELT estendiam-se além do hipocampo, envolvendo outras áreas mesiais e límbicas tais como:
córtex entorrinal, tálamo (80,81) e fórnix (82,83). Existem, também, evidências da redução da
substância cinzenta do neocórtex temporal e dos volumes de substância branca.
Estudos com morfometria baseada no voxel (MBV) foram usados para indicar
anormalidades na substância cinzenta em regiões específicas em pacientes com ELT e AH (84),
epilepsia mioclônica juvenil (85), agressividade associada à ELT (86) e malformações do
desenvolvimento cortical (87).
Estudos da MBV dos pacientes com ELT são conflitantes. Enquanto num estudo (87) não
foram encontradas diferenças quanto ao volume de substância cinzenta de pacientes com ELT e
indivíduos controles, no estudo de Keller et al. (84), foram identificadas áreas de redução da
substância cinzenta no hipocampo ipsilateral ao foco epileptogênico e em áreas extratemporais.
Pell et al. (88) utilizaram a MBV e técnicas para avaliar alterações em T2 (relaxometria)
em pacientes com ELT mesial, demonstrando redução hipocampal com MBV e aumento em T2 nas
regiões lateral e anterior do hipocampo e áreas entorrinal e parahipocampal, principalmente na
substância branca. As alterações volumétricas e o aumento em T2 sobrepuseram-se na cabeça do
hipocampo e nos núcleos da base e porção lateral da amígdala. Segundo estes autores, a atrofia
hipocampal e as alterações em T2 devem ter correlatos histológicos diferentes. Estando o primeiro
envolvido com o declínio neuronal e o segundo com a proliferação das células da glia.
Pell et al. (88) demonstraram, ainda, a sobreposição de alterações no volume da
substância branca e T2 no lobo temporal anterior, possivelmente revelando anormalidades nas
projeções da substância branca.
Além disso, a MBV vem demonstrando a presença de diferenças sutis das substâncias
cinzentas de regiões extratemporais, como do lobo frontal em pacientes com ELT (84,86).
No estudo de Bernasconi et al. (72), foram encontradas anormalidades extralímbicas no
lobo frontal, caracterizadas pela redução da substância cinzenta de diversas áreas prefrontais. A
preponderância da diminuição da substância cinzenta nas áreas temporo-límbicas e prefrontais,
segundo os autores, devem refletir na perda das projeções da substância branca das áreas
epileptogênicas primárias no LT mesial para o lobo frontal.
O estudo de Muller et al. (89) com MBV, em pacientes com AH, demonstrou, além das
alterações nas regiões hipocampais, redução do volume da substância cinzenta em regiões
24
Aplicação Clínica
extrahipocampais. Este achado foi mais proeminente em estruturas límbicas (córtex entorrinal,
parahipocampo e cíngulo posterior), região neocortical (ínsula, LT, frontal, parietal e occipital),
região subcortical (tálamo) e cerebelo ipsilaterais à lesão. Estruturas subcorticais, neocorticais e
cerebelares contralaterais à lesão, também se mostraram reduzidas. Estes autores também
demonstraram redução do volume da substância branca em diversas áreas do cérebro I. ipsilaterais
à lesão (giro parahipocampal), LT, frontal, parietal e esplênio do corpo caloso, II. cerebelo, tronco
cerebral (tegmento) e cápsula interna.
Pell et al. (88) também demonstraram alterações no volume de estruturas subcorticais
(tálamo: núcleos pulvinar, anterior e mediodorsal) e extratemporais (esplênio do corpo caloso e
fórnix, giro temporal superior ipsilateral à AH, CPF bilateral e cíngulo anterior). Assim, como estas
alterações ocorrem em áreas cerebrais estruturalmente e funcionalmente conectadas ao lobo
temporal mesial, estes autores acreditam que reflitam a perda de projeções neuronais de estruturas
temporais mesiais.
É reconhecido que as crises de LT mesiais são propagadas, preferencialmente, para o lobo
frontal, em particular para as áreas prefrontais (90).
Estudos de trajetos neuronais e retrógrados em primatas demonstraram a existência de
grande densidade de conexões recíprocas entre o CPF, a região mesial do LT e o tálamo. A
disfunção ou desconexão destas áreas corticais pode explicar os déficits de memória e o spectrum
de disfunções cognitivas em pacientes com ELT (91,92).
No estudo de McMillan et al. (73), foram encontradas anormalidades estruturais tanto na
substância cinzenta quanto na branca. Além disso, os achados comprovam que pacientes com ELT
à esquerda e à direita, apresentam diferentes comprometimentos.
Enquanto nos pacientes com ELT à esquerda, encontraram-se anormalidades no tálamo
(ipsilateral e contra-lateral ao foco epileptogênico) e no hipocampo esquerdo, os pacientes com
ELT à direita, exibirem redução do volume da substância cinzenta no tálamo direito e
anormalidades em regiões próximas ao hipocampo direito.
Outra evidência encontrada foi a de que pacientes com ELT têm diminuição de substância
branca na região temporal ipsilateral ao foco epileptogênico. Esta diminuição de substância branca
estende-se para a região prefrontal (bilateral) e corpo caloso nos pacientes com ELT à esquerda e
pelo corpo caloso e fórnix naqueles com ELT à direita.
Um estudo recente de MBV, que avaliou 14 crianças (93) e 9 adultos com ELT mesial
demonstrou, além das alterações do volume de estruturas temporais, a atrofia dos córtices
cingulado e frontal. Além disso, estes autores demonstraram a presença de um padrão de
alterações volumétrica das estruturas adjacentes ao hipocampo menos extensa do que nos adultos.
Assim, levantaram a hipótese de que a perda neuronal em adultos com ELT seria mais extensa,
principalmente no lobo temporal e núcleos da base devido aos efeitos da maior duração da
epilepsia.
25
Neurociências
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Neurociências
32
Aplicação Clínica
DEPRESSÃO EM CRIANÇAS E ADOLESCENTES COM EPILEPSIA
Adriana Pereira; Kette Dualibi Ramos Valente1
1. Introdução
Crianças e adolescentes com epilepsia são vulneráveis a desenvolverem alterações
emocionais e comportamentais (1, 2, 3). Apesar do avanço da neurociência nas últimas décadas
ainda é difícil determinar se as alterações psicopatológicas e do desenvolvimento infantil estão
associados à epilepsia em si ou em decorrência do seu tratamento, dos prejuízos psicossociais
acarretados por esta condição neurológica ou uma combinação destes fatores (4).
No estudo epidemiológico da Ilha de Wight, Rutter (5) encontrou que 28% das crianças
com epilepsia apresentavam algum transtorno psiquiátrico comparado com 6,6% das crianças da
população geral. Esta taxa foi duas vezes maior do que aquela encontrada em crianças com
doenças crônicas sem comprometimento do Sistema Nervoso Central. Estudos posteriores
confirmaram os achados de Rutter demonstrando que crianças e adolescentes com epilepsia
apresentam mais sintomas comportamentais e emocionais quando comparadas às crianças e
adolescentes com diabetes, asma, cardiopatias e artrite reumatóide (1, 2).
Dunn et al (6), utilizando o Children Behavior Checklist (CBCL), encontraram sintomas
comportamentais em 24% das crianças com diagnóstico recente de epilepsia. Austin et al. (7),
utilizando o mesmo instrumento de avaliação, encontraram sintomas comportamentais seis meses
antes da primeira crise epiléptica em 32,1% das crianças estudadas. Estes achados são consistentes
com a hipótese de que epilepsia e alterações comportamentais ou transtornos psiquiátricos podem
ser epifenômenos.
Alguns transtornos psiquiátricos são mais prevalentes em crianças e adolescentes com
epilepsia, tais como: depressão (8, 9, 10), ansiedade (10, 11 12) e transtorno do déficit de atenção e
hiperatividade (TDAH) (8; 13).
A prevalência da depressão permanece elevada a despeito do controle efetivo das crises
epilépticas decorrente do diagnóstico e tratamento precoce da epilepsia. São observados prejuízos
psicossociais que permanecem ao longo da vida mesmo nos pacientes com remissão completa das
crises epilépticas determinando uma pior qualidade de vida, prejuízos acadêmicos, profissionais,
conjugais e familiares a longo prazo.
2. Epidemiologia
A prevalência de transtornos psiquiátricos em crianças e adolescentes com Epilepsia varia
de 16 a 77% nos diversos estudos (1). Esta ampla variação na prevalência provavelmente reflete as
diferentes metodologias empregadas nestes estudos levando em conta os instrumentos de
rastreamento dos transtornos psiquiátricos, tipos de epilepsia e origem da amostra. De modo geral
os estudos com alta prevalência foram realizados em centros terciários de atendimento de epilepsia
quando comparados com estudos de amostra da população geral. Apesar desta discrepância nos
achados, todos os estudos são unânimes em demonstrar que crianças e adolescentes com epilepsia
apresentam 3 a 9 vezes mais risco de apresentarem algum transtorno psiquiátrico quando
comparadas a controles saudáveis ou crianças com doença crônica sem acometimento do Sistema
Nervoso Central (14).
Estudos recentes têm correlacionado uma alta taxa de comorbidade entre epilepsia e
depressão tanto na população adulta como na infância e adolescência (8; 9; 15 16). Estes achados,
no entanto, têm sido relatados de forma bidirecional demonstrando tanto maior incidência de
depressão em pacientes com epilepsia como o inverso. Este fenômeno tem sido documentado em
todas as faixas etárias (17,18). Em crianças e adolescentes com epilepsia a prevalência de depressão
varia de 12 a 36% (14). Esta discrepância nos achados epidemiológicos da depressão associada à
1 Endereço para correspondência: Kette Dualibi Ramos Valente - e-mail: [email protected] - Laboratory of
Clinical Neurophysiology, University of São Paulo Medical School. Dr. Ovídio Pires de Campos 785, CEP 05403010, São Paulo/SP
33
Neurociências
epilepsia está relacionada à heterogeneidade das amostras estudadas não se levando em
consideração o tipo e controle da epilepsia, localização do foco epiléptico e uso de drogas
antiepilépticas (DAEs), além dos diferentes instrumentais utilizados para avaliar esta população
(14).
3. Particularidade fenomenológicas da depressão associada à epilepsia
Apesar das evidências científicas poucas crianças e adolescentes com epilepsia têm seu
quadro clinico de depressão diagnosticado e tratado de forma adequada. Alguns fatores parecem
contribuir para o subdiagnóstico da depressão nestas crianças e adolescentes, como a falsa crença
de que as alterações comportamentais, cognitivas e emocionais façam parte das manifestações da
epilepsia ou do fato de se ter uma doença crônica e em muitos casos debilitante, além da
atribuição aos efeitos colaterais das DAEs.
Acredita-se que a manifestação clínica da depressão na infância e adolescência associada à
epilepsia seja distinta daquela observada na depressão primária, o que já tem sido amplamente
observado na população adulta (19, 20, 21). Na série de Ettinger et al (10) nenhuma das crianças
diagnosticadas como tendo transtorno depressivo-ansioso havia recebido tratamento até então, de
forma que estes indivíduos permanecem ainda invisíveis do ponto de visto psiquiátricos até mesmo
nos centros terciários de tratamento de epilepsia.
Thomé-Souza et al. (8) utilizando o K-SADS-PL encontraram prevalência de 36,4% de
depressão em crianças e adolescentes com epilepsia, sendo o intervalo entre o início do quadro
depressivo e o diagnóstico de depressão em média 4 anos, sendo estatisticamente superior quando
comparado às crianças com outros transtornos psiquiátricos como o TDAH, Transtorno de
Desafiante Oposicional (TDO) e Transtorno de Conduta (TC). Possivelmente esta diferença ocorre
tanto pelas manifestações comportamentais serem mais graves no TDAH, TDO e TC como pelo
maior prejuízo familiar, escolar e social nestes transtornos quando comparados à Depressão.
Estudos demonstram que manifestação clínica da depressão que ocorre em associação à
epilepsia tem particularidades que freqüentemente passam despercebidas, por nem sempre
preencher os critérios diagnósticos do DSM-IV-TR (22). Mendez et al. (19) identificaram que 50%
dos pacientes (adultos) com epilepsia e depressão apresentavam quadro clínico atípico de acordo
com o DSM-III-R (23),. Posteriormente, este achado foi corroborado por Blumer (20) e Kanner et
al. (21). Blumer (20) denominou esta apresentação atípica de Transtorno Disfórico Interictal (TDI),
descrevendo-a como um grupo heterogêneo de sintomas que podem ser divididos em duas
categorias: sintomas depressivos-somatoformes que consistem na presença de humor depressivo,
anergia, dores e insônia e, sintomas afetivos que incluem irritabilidade, humor eufórico, medo e
ansiedade. Estima-se que dois terços dos pacientes com epilepsia apresentem TDI. Estes sintomas
disfóricos variam desde uma sintomatologia mais leve até sintomas psicóticos graves que podem
ocorrer tanto de forma transitória como um quadro mais persistente. Kanner et al (21) utilizam o
termo Transtorno Distimia-like relacionado à Epilepsia devido às características clinicas serem
semelhantes a Distimia, porém com características mais endógenas e curso intermitente dos
sintomas, cuja intensidade é suficiente para que ocorra interrupção das atividades profissionais,
acadêmicas e sociais.
Há indícios de que exista um espectro que engloba um quadro distímico caracterizado
pela sintomatologia descrita no TDI e exacerbação intermitente com sintomas que mimetizem um
Transtorno Depressivo Maior. Este padrão é semelhante ao descrito como Depressão Dupla pelo
DSM-IV-TR (22). Estudos longitudinais e comparativos são necessários para esclarecer esta
apresentação.
Outra característica da depressão associada à epilepsia que freqüentemente passa
despercebida na prática clínica é a sua relação temporal com as crises epilépticas. Os episódios de
depressão associados à epilepsia, geralmente, são classificados de acordo com a relação temporal
com as crises epilépticas, sendo categorizados em periictal e interictal (22). A depressão interictal
não tem relação temporal com a crise epiléptica. A depressão periictal esta relacionada
temporalmente com a crise, podendo ser ictal, pré-ictal e pós-ictal. Nem sempre, contudo, esta
distinção pode ser nítida uma vez que as mudanças no humor podem iniciar no período pré-ictal e
persistir até o pós-ictal (21). Geralmente, a depressão periictal é pouco reconhecida pela falha e
34
Aplicação Clínica
falta de treinamento médico em seu reconhecimento (24). Talvez em função disto, a depressão
interictal tem sido considerada bem mais freqüente e importante clinicamente do que depressão
periictal, embora não existam estudos comparativos de prevalência (25).
A depressão ictal caracteriza-se por uma alteração do humor breve, estereotipada, que
ocorre fora do contexto e está associada a outros fenômenos ictais. Os sintomas relatados com
mais freqüência são anedonia, sentimentos de culpa e ideação suicida (21). Há poucos relatos na
literatura a cerca da depressão perictal em crianças e adolescente com epilepsia.
Sintomas depressivo-ansiosos nos períodos periictais em geral não são diagnosticados e só
recentemente têm sido alvo de estudo por Kanner et al. (21) que correlacionou os principais
sintomas encontrados no período pós ictal. Estes autores avaliaram 100 pacientes adultos com
epilepsia focal refratária utilizando um questionário com 42 itens desenvolvido para avaliar
sintomas psiquiátricos no período pós-ictal, que corresponde às 72 horas após melhora do nível de
consciência. Os sintomas só foram incluídos se estivessem presente em pelo menos 50% das crises.
Em 43% dos pacientes pelo menos cinco sintomas depressivos estavam presentes, com duração
média de 24 horas e que mimetizavam episódio de depressão maior. Antecedente de depressão
estava presente em 58% destes pacientes, porém a duração dos sintomas depressivos no período
pós ictal não estava relacionada ao antecedente de depressão nos pacientes estudados.
Presume-se que o mecanismo causal dos transtornos psiquiátricos periictais, de forma
geral, envolva atividade epiléptica sob a forma de fenômenos de ativação e/ou inibição neuronal
agudos, provocando disfunções neurofisiológicas e/ou neuroquímicas, enquanto a depressão
interictal poderia apresentar causalidade complexa e multifatorial. Observa-se que a depressão
periictal tende a remitir com o controle das crises epilépticas enquanto a depressão interictal
apresenta remissão com o uso de antidepressivos assemelhando-se à depressão “idiopática”.
A separação entre depressão periictal e interictal é útil, mas apresenta limitações e a
distinção diagnóstica pode ser difícil. A depressão periictal pode, semelhante à psicose periictal,
evoluir para depressão interictal, fenômeno conhecido como transformação interictal (26). Há
ainda a possibilidade de que diferentes episódios depressivos ocorram tanto no período periictal
como no interictal, o que se denomina de transtorno mental bimodal (27). Mesmo que esta
forma de classificação pudesse, à primeira vista, ser considerada sob perspectiva etiológica, a mera
associação temporal entre mudança de freqüência dos episódios depressivos não garante ligação
de natureza causal (24).
4. Depressão e epilepsia: processo reativou ou mecanismos neuronais comuns?
Até o presente momento não há um consenso sobre um modelo da patogênese do
transtorno depressivo em pacientes com epilepsia na infância e adolescência, uma vez que esta
associação é multifatorial e complexa. Pode-se dizer de maneira geral é uma via comum de fatores
sociais, psicológicos, biológicos. O curso clínico crônico da epilepsia associado a um longo tempo
com crises estão associados a uma atribuição negativa da epilepsia parecem serem fatores
relacionados à emergência de sintomas depressivos (6). Crianças e adolescentes com epilepsia são
constantemente lembrados que necessitam tomar certos cuidados no seu dia-a-dia que acabam por
restringir estes indivíduos de ter uma vida normal. Fatores como o isolamento social, medo de
crises, o estigma da própria doença e a sensação de falta de controle sobre as crises estão
intimamente relacionados a uma qualidade de vida ruim e conseqüentemente alta incidência de
depressão ao longo do tempo nesta população (28). Sem contar nos fatores neurobiológicos que
levam a crer ser a depressão associada à epilepsia mais que um processo reativo.
A presença de uma relação bidirecional entre a epilepsia e depressão pode indicar que
ambas as condições são epifenômenos de um mecanismo neural comum, ou seja, essa associação
seria decorrente de um substrato anátomo funcional comum. Evidências científicas demonstram
que os sistemas serotoninérgico, noradrenérgico, dopaminérgico, GABA e glutamato são operantes
tanto na epilepsia como na depressão (29). Anormalidades funcionais e estruturais também são
descritas na mesma região anatômica tanto na depressão primária quanto nas epilepsias associadas
à depressão.
Sheline (30) descreveu alterações morfológicas e volumétricas em várias estruturas
neuroanatômicas que formam o tracto límbico-cortical-estriatal-pálido-talâmico em pacientes com
35
Neurociências
depressão maior. Este tracto consiste em dois braços: 1-) braço límbico-talâmico-cortical que inclui
a amígdala, hipocampo e núcleo dorso-medial do tálamo assim como o córtex mesial e pré-frontal
ventro-lateral e 2-) o braço que corre em paralelo ligando o núcleo caudado, putamen e globo
pálido com as regiões límbicas e corticais. A depressão parece envolver anormalidades nesta
circuitaria cerebral. Há uma extensiva interconectividade entre estas estruturas incluindo o córtex
pré-frontal, amígdala, hipocampo, gânglios da base, tálamo e a conexão com os tratos de
substância branca (30). O acometimento destas estruturas talvez explique em parte a alta
prevalência de depressão em pacientes com epilepsia de origem na porção mesial do lobo
temporal e lobo frontal.
As estruturas temporais mais afetadas em pacientes com depressão maior incluem a
formação hipocampal, amígdala, córtex pré-frontal, núcleo talâmico, gânglios da base e globo
pálido com achados mais prevalentes a diminuição do volume do hipocampo, córtex pré-frontal e
gânglios da base e a presença de aumento de sinal na substância branca do lobo frontal (31).
Dentre estes a redução do volume do hipocampo tem sido a mais consistente e que permanece
mesmo nos indivíduos com remissão do quadro depressivo. A cronicidade, a gravidade e o
grande número de recorrências dos episódios depressivos têm sido associados à atrofia bilateral do
hipocampo e diminuição do núcleo da amígdala que parece ser relacionada à extensão da atrofia
do hipocampo (31; 32, 33), porém estes achados não foram replicados em outro estudo (34).
Mais recentemente tem sido relatado que o tratamento com antidepressivos pode proteger os
pacientes com depressão maior a apresentarem estas alterações (31, 35).
Em crianças e adolescentes com depressão primária os achados ainda são controversos.
Rosso et al.(37) encontraram diminuição significativa da amígdala quando comparada ao grupo
controle. Estes autores não encontraram alterações no volume do hipocampo e também não
houve relação entre a gravidade dos sintomas, a idade de início e o tempo de duração da
depressão e as alterações da amígdala. Caetano et al. (38) encontraram redução no volume do
hipocampo esquerdo em crianças e adolescentes com depressão quando comparados ao grupo
controle, havendo associação entre a redução do volume do hipocampo e o não tratamento do
quadro depressivo.
Os possíveis mecanismos para a perda de tecidos nesta região neuronal incluem a perda
neuronal através da exposição a episódios repetidos hipercortisolemia, perda de células gliais
resultante do aumento da vulnerabilidade da neurotixicidade do glutamato, a redução de fatores
neurotróficos e da neurogêses induzidos pelo estresse (30). Em crianças e adolescentes, a atuação
do estresse no eixo Hipotálamo-Hipófise-Adrenal com conseqüente hipercortisolemia resultando
em perda celular na região do hipocampo também tem sido implicada como mecanismo plausível
para alterações estruturais.
Alterações no córtex pré-frontal também têm sido descritas, onde pacientes com
depressão apresentam redução da camada cortical, no tamanho das células neuronais e perda glial
no córtex orbitofrontal. Estas alterações neuropatológicas podem estar associadas às alterações
volumétricas encontradas no córtex pré-frontal através dos estudos de ressonância nuclear
magnética com achados de redução do volume do lobo frontal (39) em pacientes com depressão.
Atrofia do hipocampo também tem sido a alteração estrutural mais encontrada em
pacientes com epilepsia e depressão. Sendo que a presença de Esclerose Mesial temporal tem sido
associada à gravidade da depressão independente do lado da lesão (40). Aumento do volume da
amígdala também tem sido relatada em pacientes com epilepsia do lobo temporal (ELT) e
depressão (41), havendo em alguns estudos uma associação positiva entre a gravidade da
depressão e alteração volumétrica da amígdala na ELT (42). A integridade da amígdala
contralateral também tem sido associada à presença de sintomatologia depressiva em um estudo
recente (15).
Em relação à lateralidade, estudos com PET (photon emision tomography) e SPECT
(single photon emision computadorized tomography) têm demonstrado metabolismo diminuído e
menor perfusão cerebral, respectivamente, no hemisfério esquerdo nos pacientes com epilepsia
focal e depressão interictal (43).
O acometimento do lobo frontal vem sendo demonstrado por meio de estudos de
neuroimagem funcional e avaliação neuropsicológica em pacientes com epilepsia do lobo
temporal e depressão. Estudos com PET têm demonstrado uma diminuição do metabolismo do
36
Aplicação Clínica
lobo frontal em pacientes com epilepsia do lobo temporal, e os estudos neuropsicológicos
mostram um pior desempenho das funções executivas, por meio do Wisconsin Card Sorting Test
(WCST), em pacientes com epilepsia do lobo temporal e depressão (44) quando comparados a
pacientes com epilepsia sem depressão demonstrando acometimento funcional do lobo frontal.
O estudo de Cross et al.(45), em crianças com epilepsia do lobo temporal (idade média
de 11 anos e 10 meses e idade média de início da epilepsia de 2 anos e 11 meses), demonstrou
alterações similares às observadas em adultos (46). A presença de alterações não detectáveis por
estudos convencionais de neuroimagem pode explicar achados contraditórios que visam
correlacionar uma anormalidade focal a disfunções cognitivas, fator fundamental e crítico para os
estudos sobre a cognição desses pacientes (46).
5. Conclusões
Transtornos psiquiátricos associados à epilepsia são comuns, sobretudo a depressão. Em
crianças e adolescentes, esta associação também é freqüente, porém a maioria permanece sem
diagnóstico e tratamento adequado. Alguns fatores parecem contribuir como a falsa crença de que
as alterações comportamentais, cognitivas e emocionais façam parte das manifestações da epilepsia
ou do fato de se ter uma doença crônica e em muitos casos debilitante, além da atribuição aos
efeitos colaterais das DAEs. A peculiaridade das manifestações clínicas da depressão associada à
relação temporal entre os sintomas e as crises epilépticas também parece contribuir para que estas
crianças e adolescentes permaneçam invisíveis do ponto de vista da psiquiatria. O achado da
relação bidirecional entre a depressão e a epilepsia associada às alterações encontradas nos estudos
de neuroimagem estruturais e funcionais, embora escassos na população pediátrica, corrobora a
hipótese de que estes transtornos são epifenomênos.
37
Neurociências
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Aplicação Clínica
MELHOR TRABALHO DA CATEGORIA
MALFORMAÇÕES DO DESENVOLVIMENTO CORTICAL: ESTUDOS GENÉTICOS, MOLECULARES
E DE NEUROIMAGEM
Fábio Rossi Torres1; Daniela Aguiar de Souza-Kols; Simone Sayuri Tsuneda; Rodrigo Secolin; Iara
Leda Brandão de Almeida; Camila Fernanda Lopes; Maria do Carmo Sousa Rodrigues; Maria
Augusta Montenegro; Antonia Paula Marques-de-Faria; Marilisa Mantovani Guerreiro; Juan
Clinton Llerena Jr; Fernando Cendes; Iscia Lopes-Cendes
1. Introdução
As malformações do córtex cerebral (MCC) são uma importante causa de epilepsia (1). A
etiologia das MCC, geralmente, está relacionada a insultos pré-natais (2,3). No entanto avanços
nos estudos dos mecanismos moleculares de desenvolvimento do córtex cerebral e uma maior
disponibilidade de exames de ressonância magnética (RM) têm demonstrado que as MCC podem
ocorrer em famílias e ter como causa fatores genéticos. Nos últimos anos, vários genes foram
identificados como responsáveis por MCC, dentre estes se destacam: FLN1 envolvido com
heterotopia nodular periventricular (HNP) (4), LIS1 e DCX associados com o espectro da
lissencefalia-heterotopia subcortical em banda (LIS-HSB) (5,6), EMX2 implicado com
esquizencefalia (7) e possivelmente polimicrogiria, embora ainda haja controvérsias sobre o papel
real deste gene na etiologia destas duas malformações.
Os principais objetivos deste trabalho foram: 1) realizar uma triagem de mutações nos
quatro principais genes responsáveis por MCC (FLN1, LIS1, DCX e EMX2) em um grande grupo de
pacientes acometidos por estas malformações, 2) investigar o mecanismo molecular das mutações
identificadas, 3) mapear o locus candidato para polimicrogiria perisylviana bilateral (PPB) familiar
através da técnica de análise de ligação, 4) estabelecer correlações genótipo-fenótipo com os
achados de neuroimagem.
2. Métodos
2.1. Pacientes
Todos os pacientes que participaram deste trabalho foram analisados por um médico
neurologista. O diagnóstico e classificação das malformações corticais foram realizados através de
exames de ressonância magnética e, quando esta não era disponível, por tomografia
computadorizada (usada em apenas 19 pacientes com esquizencefalia e dois com LIS-HSB não
seguidos em nosso serviço). A classificação do gradiente de severidade do espectro LIS-HSB foi
realizada segundo um sistema anteriormente descrito (8). Um questionário semi-estruturado foi
utilizado para se obter informações sobre a história clinica e familiar dos pacientes, incluindo
antecedentes de epilepsia ou outras condições neurológicas em parentes de primeiro, segundo e
terceiro grau e também de antecedentes pré-natais. Todos os pacientes participantes deste projeto
assinaram um termo de consentimento aprovado pelo comitê de ética em pesquisa da Faculdade
de Ciências Médicas da UNICAMP (CEP/FCM) e pela comissão nacional de ética em pesquisa
(CONEP).
1
Endereço para correspondência: Fábio Rossi Torres - e-mail: [email protected]
41
Neurociências
2.2. Triagem de Mutações
O DNA genômico dos pacientes foi extraído de linfócitos provenientes do sangue
periférico pela técnica de fenol-clorofórmio. Para amplificação das regiões codificantes dos genes
candidatos foi utilizada a técnica de Polymerase Chain Reaction (PCR). Esta técnica faz uso de um
par de oligonucleotídeos iniciadores (primers) que delimita a região que se quer analisar do DNA
genômico. Em seguida são adicionados dNTPs (dinucleotídeos trifosfato adenina, timina, citosina e
guanina), MgCl2 (co-fator da enzima), tampão e a enzima Taq DNA polimerase que irá realizar a
amplificação do fragmento genômico alvo. No entanto, a amplificação só irá acontecer se a reação
for transferida para um aparelho denominado de termociclador. Neste equipamento, a reação será
submetida a três variações de temperatura: 1) a temperatura de desnaturação (95°C), necessária
para separação da fita dupla de DNA; 2) a temperatura de anelamento (50 a 60°C, dependendo
do par de primers), importante para que o par primers se anele na região do DNA que se pretende
estudar e 3) a temperatura de anelamento (72°C), necessária para que Taq DNA polimerase
amplifique o fragmento de DNA. Os ciclos de desnaturação, anelamento e extensão são repetidos
de 30 a 40 vezes, aumentando o número de cópias de fragmentos de DNA em uma progressão
geométrica. Os pacientes com HNP foram testados para os cinco primeiros exons codificantes do
gene FLN1, pois a maioria das mutações está concentrada nesta região, os indivíduos com o
espectro LIS-HSB foram analisados para os genes LIS1 e DCX, enquanto os pacientes acometidos
por esquizencefalia e PPB foram testados para o gene EMX2.
Os produtos amplificados pela reação de PCR foram submetidos à técnica de denaturing
high performance liquid chromatography (DHPLC) em um cromatógrafo WAVE® 4500
(Transgenomic, San Jose, CA). O DHPLC é uma cromatografia líquida baseada no método de
pareamento de íons em fase reversa sob condições desnaturantes. Nesse método, os fragmentos de
DNA amplificados são submetidos a aquecimento e resfriamento, o que promove a desnaturação e
o re-anelamento das fitas. Quando as seqüências de nucleotídeos dos cromossomos são diferentes,
como no caso de indivíduos com mutações, ocorre a formação de heteroduplex através da
hibridização das fitas não perfeitamente complementares. Os heteroduplex são menos estáveis do
que os duplex completamente pareados (homoduplex) sob condições parciais de desnaturação na
cromatografia líquida de fase reversa. Sendo assim, o software acoplado ao DHPLC registra perfis
cromatográficos diferentes para amostras com e sem alterações na seqüência de nucleotídeos.
Os indivíduos que apresentavam padrões cromatográficos diferentes dos controles
normais foram seqüenciados com Big Dye Terminator Sequencing kit (Applied Biosystems, Foster
City, CA, USA) para seqüenciador Megabace 1000 (GE Healthcare, Buckinghamshine, UK). As
alterações identificadas foram testadas in silico, com os programas de computador Polyphen e
SIFT, além da escala Grantham (9), para aferir se as mesmas eram patogênicas.
2.3. Estudos Funcionais da Mutação 987G>C no gene FLN1
O RNA total dos pacientes analisados foi extraído de linfócitos do sangue periférico pelo
método de Trizol. Como o RNA é uma molécula instável, o mesmo é convertido para cDNA
através de reação de RT-PCR que foi realizada com o kit Improm II® Reverse Transcriptase System
(Promega, Madison, WI, USA) seguindo recomendações do fabricante. O cDNA resultante foi
amplificado por PCR com primers específicos flanqueando a região exon 6, intron 6, exon 7. Os
produtos de PCR foram submetidos a eletroforese em gel de agarose para comparar se havia
diferenças entre os padrões de banda eletroforética dos controles e pacientes com HNP. Como as
regiões amplificadas são ricas em GC o sequênciamento direto pode ser prejudicado, portanto os
produtos amplificados são clonados em células de E. coli DH5α através de um vetor pGEM®
(Promega, Madison, WI, USA) sendo posteriormente seqüenciados, utilizando-se para tal um par
de primers específicos para o vetor (SP6 e T7).
Como o gene FLN1 está localizado no cromossomo X, diferenças clínicas entre os
pacientes poderiam ser observadas devido à inativação preferencial do cromossomo contendo o
alelo sem mutação. Os experimentos de inativação do cromossomo X foram realizados pela
técnica de HUMARA (human androgen receptor gene), que se baseia no princípio de que a
metilação de sítios de um dado gene localizado no cromossomo X (no caso o receptor de
42
Aplicação Clínica
andrógenos) está relacionada à taxa de inativação do mesmo. Se os sítios estão metilados
(inativados) os mesmos serão resistentes à digestão com enzima de restrição, podendo ser
amplificados por PCR, no entanto se não estiverem metiladas, as seqüências de DNA serão
digeridas e, consequentemente, não serão amplificadas por PCR. O DNA genômico dos pacientes
foi submetido à digestão com a enzima de restrição HpaII, foram utilizados primers fluorescentes
para amplificação de uma região do gene de receptor andrógeno. Os produtos de PCR foram
analisados por eletroforese em gel e quantificados pelo programa ImageQuantTL® em um
aparelho Typhoon® (GE Healthcare, Chalfont St. Giles, United Kingdom).
Para confirmação dos resultados obtidos nos ensaios de HUMARA foram realizados
estudos de expressão por PCR em tempo real que monitora a fluorescência emitida como um
indicador da produção do amplificado durante cada ciclo do PCR. Essa técnica baseia-se na
detecção e quantificação de um repórter fluorescente, sendo o aumento do sinal proporcional ao
acúmulo de produto de PCR. A fluorescência pode ser obtida através de dois métodos principais
de marcação: pelo uso de SYBR Green, que para fluorescer liga-se a ácidos nucléicos dupla-fita; ou
pelo método TaqMan®, que atua através de sondas específicas (marcadas com fluóroforo) para a
seqüência a ser estudada. Ambos os métodos podem ser aplicados fazendo uso do equipamento
Real Time PCR 7500 (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). Nossos experimentos foram
realizados com o sistema TaqMan® (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA) seguindo
recomendações do fabricante. Os primers e a sonda foram obtidos da Applied Biosystems (Foster
City, CA, USA) e o gene 18S foi utilizado como controle endógeno. Todos os experimentos de
quantificação relativa foram realizados em triplicata e o teste do χ2 foi utilizado para medir as
diferenças entre a expressão gênica das duas pacientes com mutação.
2.4. Análise de Ligação
A análise de ligação se baseia no conceito de que dois loci quando próximos são
herdados como se fossem apenas um locus. Para realizar este tipo de estudo são necessárias
famílias com vários indivíduos afetados e não-afetados e marcadores microsatélites informativos.
Os microsatélites são repetições de dinucleotídeos altamente polimórficas espalhadas pelo genoma.
Estes marcadores podem ser amplificados através de PCR com primers fluorescentes. Como os
microsatélites são muito polimórficos (variam em número de pares de base entre os indivíduos)
pode-se observar um perfil específico para cada indivíduo, que pode se repetir em indivíduos da
mesma família, já que os microsatélites são herdados. Se um determinado perfil de microsatélite
estiver presente em todos os indivíduos de uma família com uma determinada doença, pode-se
inferir que o gene da doença está localizado próximo a este marcador.
O estudo de ligação foi realizado em uma família com PPB composta de um total de 15
indivíduos. Amostras de DNA dos participantes foram genotipadas para 18 marcadores
microsatélites flanqueando um intervalo de 42.3cM no cromossomo Xq27-q28. A reação de PCR
foi realizada com primers marcados com fluoróforos FAM, VICTM ou NED (Applied Biosystems,
Foster City, CA). Os produtos de PCR marcados com fluorocromo foram analisadas em um
seqüenciador automático MegaBACE 1000TM e a análise dos alelos foi realizada com os programas
Fragment Profiler® (GE Heathcare). Os dados obtidos pelo programa Fragment Profiler® foram
processados com o programa LINKGEN. A análise de ligação de dois pontos e múltiplos pontos foi
calculada com os programas MLINK© e LINMAP© (versão 5.2) (CEPH, University of Utah,
Columbia University, 1990). O programa GENEHUNTER© foi utilizado para construção do
haplótipo (10). Valores de lod score (Z) iguais ou maiores que 2.00 são indicativos de ligação entre
o marcador e a doença (11).
3. Resultados
3.1. Pacientes
Um total de 108 pacientes com diferentes formas de MCC foi inicialmente analisado por
DHPLC para a presença de mutações nos genes FLN1 (cinco primeiro exons codificantes), LIS1,
43
Neurociências
DCX e EMX2. Treze pacientes possuem HNP (10 mulheres e três homens); sendo que quatro
apresentam o padrão clássico (nódulos neuronais bilaterais nas margens dos ventrículos laterais
sem nenhuma malformação do córtex adjacente) e nove padrões atípicos (nódulos neuronais
unilaterais, altamente assimétricos ou localizados focalmente, nódulos localizados da superfície do
córtex até os ventrículos e associação de outras malformações corticais). Foram identificados 19
pacientes portadores do espectro LIS-HSB (11 mulheres e oito homens), sendo que 10 apresentam
LIS (três mulheres e sete homens) enquanto outros nove são afetados por HSB (oito mulheres e um
homem). Também foram estudados 46 pacientes com esquizencefalia (23 mulheres e 23 homens)
e 30 com PPB (oito mulheres e 22 homens). Dentro desta casuística foram identificados dois casos
familiares de HNP (mãe e filha), nenhum caso familiar do espectro LIS-HSB, dois casos familiares
de esquizencefalia (duas irmãs) e 20 casos familiares de PPB (distribuídos em seis famílias). Dentre
os casos familiares de PPB, foi identificada uma grande família com padrão de herança
autossômico dominante ligado ao cromossomo X e poder estatístico suficiente para estudos de
ligação genética.
3.2. Triagem de Mutações
A análise por DHPLC identificou padrões de eluição alterados para todos os genes
estudados. O sequênciamento dos produtos de amplificação para o gene FLN1 identificou dois
SNPs (single nucleotide polymorphism) não patogênicos já descritos na base de dados do NCBI
(National Center Biotecnology Information), IVSV + 519C>G (NCBI, rs4898478) e IVSV +
506C>T (NCBI, rs4898479), além de uma substituição G987C (NCBI, NM 001456) presente em
dois pacientes relacionados (mãe e filha) e ausente em 50 indivíduos controles (ver figura na ref.
12). Para o gene LIS1 foram detectadas alterações neutras C1805T (NCBI, rs6628) e IVSVI+ 27C>T
(NCBI, rs3213696), além de outras substituições como G1670C (NCBI, NM_000430) que
supostamente levaria a troca de uma troca de cisteina para serina na posição 372 da proteína
(C372S), G1368C (NCBI, NM_000430) e G1383C (NCBI, NM_000430) que trocam
respectivamente um glutamato para um aspartato nas posições 271 (E271D) e 276 (E276D) da
proteína, sendo todas as alterações também identificadas em um grupo controle. Uma alteração
A1385C, (NCBI, NM 0004300) foi identificada no gene LIS1 em um paciente com lissencefalia
grave grau 3a (ver figura na ref. 13). A ausência da alteração em um grupo controle e a
confirmação de sua patogenicidade através da escala Grantham (9) e dos programas SIFT e
Polyphen sugerem que a mesma se trata de uma mutação deletéria. A análise do gene DCX
revelou apenas duas variantes neutras não descritas na base de dados do NCBI: IVSII+28G>A e
IVSV+19G>A. Para o gene EMX2 foi identificada uma alteração neutra C796A (NCBI;
NM_004098) que não altera a arginina na posição 156 da proteína em quatro pacientes com
esquizencefalia, esta mesma alteração foi identificada no grupo controle. A análise por DHPLC não
identificou nenhum padrão de eluição alterado no gene EMX2 em pacientes com PPB.
3.3. Estudos Funcionais da Mutação 987G>C no gene FLN1
Através de análise em gel de eletroforese foi demonstrado que o produto de PCR do
cDNA da mãe e filha possuíam tamanhos moleculares diferentes (maiores) quando comparados
com controles normais. O sequênciamento dos produtos de PCR mostrou a presença da seqüência
completa do intron 6 no cDNA dos pacientes (ver figura na ref. 12). Análises com programas de
bioinformática mostraram que a manutenção do intron insere um codon de parada prematuro na
matriz de leitura do RNAm do gene FLN1 (12).
Estudos de inativação do cromossomo X realizados com DNA proveniente de sangue
periférico revelaram um padrão de inativação não randômico no probando (filha) (12). O PCR
quantitativo em tempo real mostrou uma expressão aumentada do alelo mutante no probando
quando comparado com a mãe (ver figura na ref. 12).
44
Aplicação Clínica
3.4. Análise de Ligação
Valores significativos de lod score de dois pontos foram obtidos para dois marcadores
(DXS1205 e DXS1227) com Zmax = 2.06 a θ = 0.0 (14). O calculo de lod score de múltiplos
pontos indicou uma região candidata de 13 cM entre os marcadores DXS1205 e DXS8043,
localizados no cromossomo Xq27.2-Xq27.3 (14).
4. Discussão
Alterações deletérias foram identificadas em apenas 3/108 pacientes estudados.
Acreditamos que a presença de mosaicismo somático, mutações em regiões não codificantes,
grandes deleções e rearranjos estruturais, além da presença de um significativo número de casos
com padrões de neuroimagem atípicos, são fatores que podem estar influenciando na baixa
freqüência de mutações encontrada no nosso grupo de pacientes, especialmente os portadores de
HNP e do espectro LIS-HSB. Para o gene FLN1, apesar de termos completado a análise da região
mais importante, deve-se destacar a necessidade de estudarmos os exons restantes.
A única mutação encontrada no gene FLN1, em duas pacientes aparentadas com a forma
clássica e bilateral de HNP, confirma a alta freqüência de alterações deletérias em casos familiares
de HNP (15). A mutação G987C no gene FLN1, devido a sua posição, poderia atuar como
mutação de sentido trocado (troca de aminoácidos) ou como de sitio de splicing (afeta o
processamento do RNAm), é importante ressaltar que mutações de sentido trocado (esta classe de
alteração atua através de um mecanismo de ganho de função, alterando o papel que a proteína
desempenha) quando localizadas nos primeiros exons do gene FLN1 levam as síndromes
otopalatodigital tipo 1 e 2, displasia frontometafiseal e síndrome de Melnick-Needles (16), distintas
da HNP. Nossos resultados funcionais demonstraram que o efeito da mutação é realmente a
destruição do sito de splicing do sexto intron do gene FLN1, confirmando que mutações de perda
de função (esta classe de alteração abole totalmente o funcionamento da proteína) quando
localizadas nos primeiros exons deste gene estão associadas com HNP. Além do mais, há uma
diferença de manifestação clínica evidente entre as duas pacientes portando esta mutação, os
nódulos assim como a refratariedade das crises e déficits neurológicos são muito mais
proeminentes na filha do que na mãe. Estas diferenças poderiam ser explicadas por mecanismos de
inativação não randômica do cromossomo X favorecendo uma maior expressão do alelo mutante,
nossos experimentos de HUMARA e PCR em tempo real confirmam esta hipótese.
Sobre a mutação identificada no gene LIS1 pudemos confirmar que mutações de sentido
trocado são raras em pacientes com LIS-HSB (17) e que a localização destas mutações em regiões
carboxi-terminais da proteína LIS1 não está relacionada a fenótipos menos severos como relatado
anteriormente (18), já que o paciente analisado por nosso grupo possui um grau de LIS 3a,
caracterizado por grave agiria posterior e paquigiria anterior. Portanto, são necessários maiores
estudos para uma correlação mais precisa entre a natureza da mutação e grau de malformação do
espectro LIS-HSB.
Em relação ao grupo de pacientes com esquizencefalia e PPB, os resultados negativos
para o gene EMX2 eram até certo ponto esperados, já que trabalhos recentes pesquisando
mutações neste gene em pacientes com esquizencefalia não identificaram mutações patogênicas no
mesmo (19), portanto nosso trabalho exclui o EMX2 da etiologia da maioria dos casos de
esquizencefalia e PPB.
Após os experimentos de triagem de mutações, estudamos por análise de ligação uma
grande família segregando PPB. A análise de marcadores microsatélites revelou um novo locus
candidato em Xq27.2-Xq27.3 de localização mais centromérica ao descrito anteriormente por
outro grupo (20), evidenciando a presença de heterogeneidade genética (mais de um gene
responsável pela mesma síndrome) para PPB familiar. Uma triagem de mutações nos genes
candidatos localizados na região Xq27.2-Xq27.3 está sendo realizada no momento com o objetivo
de identificar o gene responsável por PPB.
45
Neurociências
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1008.
Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer a todos pacientes e seus familiares, pois sem a boa vontade dos mesmos
este trabalho não seria possível. Agradecemos também a CAPES e à FAPESP pelo apoio financeiro.
47
Neurociências
48
Desenvolvimento Tecnológico
DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO
49
Neurociências
50
Desenvolvimento Tecnológico
EEG-FMRI: UMA ABORDAGEM MULTIMODAL DA EPILEPSIA ATRAVÉS DE REGISTROS
SIMULTÂNEOS DE ELETROENCEFALOGRAMA E RESSONÂNCIA MAGNÉTICA FUNCIONAL
Maurício S. Sercheli1; Roberto J. M. Covolan
A mais recente estratégia empregada na área de neuroimagem para o estudo de
desordens cerebrais e na identificação de danos estruturais e funcionais a elas associados consiste
no uso de procedimentos multimodais. No campo da epilepsia, esta estratégia constitui uma nova
abordagem para localizar as zonas epileptogênicas, permitindo aprimorar o planejamento
cirúrgico. Vai nesta direção o esforço atual para combinar a técnica de imagens funcionais por
ressonância magnética (fMRI)2 com registros simultâneos de eletroencefalografia (EEG), método
rotineiramente empregado na avaliação clínica de pacientes com epilepsia. Medidas simultâneas de
EEG e fMRI permitem identificar alterações hemodinâmicas e metabólicas associadas a descargas
epileptiformes interictais (IEDs) e, com isso, localizar regiões cuja ativação neuronal detectada por
fMRI esteja em sincronia com a atividade interictal registrada por EEG. Apesar do método de EEGfMRI ser bastante complexo e ainda requerer melhorias, principalmente do ponto de vista da
análise dos dados experimentais, é uma técnica multimodal viável e promissora, que tem
permitido uma nova perspectiva para o mapeamento da atividade cerebral.
1. Introdução
1.1. Combinação de EEG e fMRI
Os primeiros trabalhos (1) que utilizaram a técnica de imagens funcionais por ressonância
magnética (fMRI) para o mapeamento da atividade cerebral datam de 1992. Desde então, o uso
de fMRI tem revolucionado o campo da neurociência. A grande importância desta técnica deve-se
ao fato de ela permitir a ampla investigação do funcionamento cerebral (pois abrange todo o
volume do cérebro) com boa resolução espacial e, acima de tudo, de forma não invasiva. Desde
os primeiros estudos com essa técnica, foram feitas tentativas de associar fMRI à
eletroencefalografia (EEG), a mais rotineira técnica clínica de investigação neurológica. Estas duas
técnicas são complementares já que suas metodologias são baseadas em aspectos neurofisiológicos
bastante distintos, i.e. hemodinâmica e potenciais elétricos, respectivamente para fMRI e EEG. Em
1993, apenas um ano após a criação de fMRI, as primeiras medidas com a combinação EEG-fMRI
foram realizadas por Ives et al. (2). Enquanto fMRI registra alterações hemodinâmicas e
metabólicas relacionadas à atividade cerebral, com boa resolução espacial, EEG mede a evolução
no tempo de potenciais elétricos extra-celulares relacionados à atividade neuronal, com alta
resolução temporal. As alterações hemodinâmicas e metabólicas registradas por fMRI são
usualmente atribuídas ao efeito BOLD (blood oxygenation level dependent effect), que é o
resultado de complexas interações entre variações de fluxo e volume sangüíneos e consumo de
oxigênio associados à atividade cerebral. Dessa forma, a possibilidade de aprimoramento da
resolução espaço-temporal é uma das principais motivações para se explorar o uso combinado de
EEG com fMRI para avaliação de funções cerebrais de indivíduos em condições normais ou
patológicos (2-4).
A utilização de EEG-fMRI é particularmente atraente para o estudo de epilepsia, pois o
método mais preciso usado na determinação de zonas epileptogênicas ainda é a eletrofisiologia,
uma técnica invasiva que se utiliza de medições realizadas através de eletrodos implantados no
cérebro. Apesar deste procedimento praticamente não apresentar riscos durante uma intervenção
cirúrgica, em pacientes cujo tratamento seja primordialmente não cirúrgico, apenas avaliações não
invasivas são aceitáveis. Porém, medidas de EEG através do escalpo, muitas vezes, não são
suficientemente claras na determinação do foco epileptogênico. Na verdade, o EEG através do
1 Endereço para correspondência: Maurício da Silva Sercheli - e-mail: [email protected] - DRCC - IFGW
- UNICAMP, CP 6165, CEP 13083-970, Campinas, SP
2 Todas as siglas usadas neste capítulo correspondem à terminologia técnica em inglês, da forma como é empregada
na literatura especializada.
51
Neurociências
escalpo é considerado apenas um reflexo simplificado do que ocorre dentro do cérebro e
normalmente é utilizado de forma complementar com outros tipos de avaliação neurológica,
como a avaliação por imagem estrutural (MRI) e a avaliação neuropsicológica.
1.2. Instrumentação e Filtragem de Sinal
Os primeiros esforços para se combinar registros de EEG com medidas de fMRI utilizaram
a possibilidade de aquisição de dados de MRI via imagens eco-planares (EPI) e estiveram mais
voltados para tornar este tipo de registro possível tecnicamente. Por meio destas experiências,
tornou-se imprescindível o desenvolvimento de materiais apropriados para a aquisição de dados
de EEG com o equipamento imerso em campos magnéticos, uma vez que não se pode usar
eletrodos metálicos dentro dos magnetos devido aos riscos de movimento, aumento de
temperatura e lesões no paciente (5). O equipamento de MRI pode ser visto como um ambiente
hostil, o qual impõe limitações importantes ao registro por EEG. Além de ser capaz de gerar sinais
de muito boa qualidade, o aparelho de EEG deve ser compatível com MRI e respeitar a segurança
dos pacientes sem interferir na qualidade das imagens (6).
Tipicamente, esses aparelhos de EEG devem ter: amplificador não magnético, alta
impedância (resistores de segurança), amplificador de banda larga, isolamento magnético e
eletrodos de materiais apropriados. Mesmo depois de se estabelecer os materiais adequados,
muitas dificuldades técnicas relacionadas a artefatos foram encontradas, tornando a interpretação
de EEG quase impossível. Foram identificados três possíveis geradores de interferência dentro de
um aparelho de ressonância magnética (RM): os pulsos de radiofreqüência, as rápidas variações de
gradiente de campo magnético e o movimento dos eletrodos no campo magnético estático (7).
Atualmente, a remoção de artefatos está bem estabelecida sendo que o método mais amplamente
utilizado foi originalmente proposto por Allen et al. (8,9) entre os anos de 1998 e 2000. Veremos
mais detalhes sobre isso adiante.
1.3. Métodos de Análise
EEG é a principal ferramenta de avaliação clínica em epilepsia, portanto não é surpresa
que o desenvolvimento de EEG-fMRI tenha se tornado um dos maiores interesses nesta área. Nos
últimos anos, vários grupos aplicaram EEG-fMRI para avaliar IEDs e assim determinar zonas
epileptogênicas, sendo que, alguns deles, tiveram até a oportunidade de registrar eventos ictais
dentro de aparelhos de RM (10). As principais realizações técnicas em EEG-fMRI relacionadas ao
estudo da atividade epileptiforme foram o desenvolvimento de filtros eficientes e amplificadores
com altas taxas de amostragem, o que permitiu registros contínuos, ao invés de aquisições
disparadas no momento em que uma espícula era verificada no EEG. Esses desenvolvimentos se
refletiram também em menor distorção na morfologia das espículas. Apesar disso, devido ao
desconhecimento da forma das respostas hemodinâmicas (HRFs) associadas às IEDs, a sensibilidade
na identificação da resposta BOLD continua sendo uma das dificuldades nas análises estatísticas
inerentes ao fMRI. Contudo, inicialmente vários estudos (11-14) foram realizados utilizando fMRI
disparado por EEG para medir e analisar manifestações repentinas de atividade interictal, baseados
na hipótese de que a IED geraria um foco de alteração cerebral que poderia ser medido por fMRI.
Alguns desses estudos incluíram comparações com a localização da fonte de atividade de EEG via
mapeamento por EEG 3D (12), outros fizeram uso de registros interictais prévios obtidos por EEG
através do escalpo, ou até registros de EEG invasivos e ictais quando possível (14). Esses estudos
obtiveram, de uma maneira geral, concordância razoável com a zona de ativação pela análise
simultânea de EEG-fMRI. Entretanto, a correlação entre registros intracraniais e as respostas EEGfMRI não eram totalmente consistentes, indicando a necessidade de aprimoramento desta técnica.
Investigações posteriores com a técnica de fMRI disparado por EEG mostraram que é
possível localizar áreas de ativação associadas a focos isolados de IEDs em pacientes de epilepsia
selecionados (15). Um outro estudo (16) realizado pelo mesmo grupo mostrou, pela primeira vez,
grande proximidade ou mesmo superposição entre fontes epileptogênicas localizadas
independentemente pelo modelo de dipolo e a ativação por fMRI disparado por EEG. Eles
52
Desenvolvimento Tecnológico
também desenvolveram uma nova técnica para aquisição simultânea e contínua de dados de EEGfMRI aplicados para analisar as IEDs (17). A localização da ativação através da resposta BOLD neste
estudo foi consistente com registros prévios de EEG intracraniais e por escalpo. O mesmo grupo
reportou, pela primeira vez, uma crise sub-clínica focal registrada por EEG-fMRI contínuo de um
paciente que, fortuitamente, apresentou atividade ictal durante a aquisição de dados (10).
Atualmente, o método de aquisição de EEG-fMRI contínuo é amplamente empregado ao invés do
método por disparo, que praticamente foi abandonado.
Conforme enfatizado, a metodologia de aquisição de dados por EEG-fMRI é bastante
complexa e ainda requer melhorias significativas. O primeiro problema não resolvido é a
determinação da morfologia da HRF associada à resposta BOLD referente a uma IED (também
seria interessante associar respostas BOLD para os diferentes tipos de patologias). Enquanto a
maioria dos grupos usa em suas análises a HRF proposta por Glover (18) – uma espécie de HRF
padrão - alguns tentam explorar HRFs específicas para os pacientes, múltiplas HRFs com diferentes
tempos de picos, HRFs não específicas e mesmo a investigação da análise BOLD independente de
atividade de EEG no escalpo.
Um aspecto importante associado ao fato de ambas as técnicas, EEG e fMRI, serem nãoinvasivas é que, com o aperfeiçoamento do método conjugado EEG-fMRI, espera-se um sensível
progresso na avaliação pré-cirúrgica de pacientes, em um futuro próximo, reduzindo ou mesmo
eliminando a necessidade de implantação de eletrodos intracraniais, pois existiria a possibilidade
de se determinar, com precisão, a localização dos focos epileptogênicos. Com isso se poderia
suprimir uma das fontes de possíveis danos neurológicos a pacientes submetidos a uma abordagem
cirúrgica. Além disso, do ponto de vista econômico, o uso extensivo dessa técnica poderia implicar
em redução de gastos.
Assim, a técnica conjugada de EEG-fMRI, apesar de não ser simples, é bastante
promissora e apresenta-se tecnicamente factível com grande potencial para a investigação da
dinâmica cerebral subjacente à atividade epileptogênica (19,20).
2. Métodos
2.1. Aquisição de EEG dentro da RM
A aquisição do sinal de EEG dentro do equipamento de RM, um ambiente adverso
devido ao alto campo magnético estático (usualmente de 1,5T, 2T ou 3T), não é trivial de ser
implementada, levando freqüentemente à perda desses dados por não terem sido adquiridos de
forma ótima.
Pela Lei de Indução de Faraday, sabe-se que correntes elétricas induzem campo
magnético assim como variações de fluxo de campos magnéticos induzem correntes elétricas em
condutores que estejam nas imediações. Dessa forma, é fácil imaginar o que acontece quando se
introduz eletrodos funcionando dentro do magneto: a criação dessas correntes elétricas gera
artefatos nos traçados de EEG. Já a indução de campos magnéticos altera a aquisição das imagens
através do equipamento de RM, gerando artefatos nas imagens eco-planares (EPI) de fMRI. Além
disso, a presença de eletrodos metálicos, com alta condutividade elétrica, acarreta o risco de
ocasionar queimaduras pelo aumento de sua temperatura através do conhecido efeito Joule. Notese também que metais magnéticos não devem ser utilizados já que poderiam movimentar-se pela
atuação de forças magnéticas, o que também poderia lesionar o paciente. Assim, a segurança do
paciente e a qualidade do EEG são as principais preocupações no desenvolvimento dessa técnica
combinada (5).
Tendo em vista as observações acima, para tornar o registro de EEG-fMRI tecnicamente
possível, o desenvolvimento de materiais apropriados para a aquisição de EEG imerso em campos
magnéticos se tornou imprescindível. Além de ser capaz de gerar sinais de muito boa qualidade, o
aparelho de EEG deve ser compatível com MRI e respeitar a segurança dos pacientes sem interferir
na qualidade das imagens (6). Dessa forma, as propriedades desse aparelho de EEG incluem
amplificador não magnético blindado, alta impedância através de resistores de segurança (em geral
de 5 kOhms), amplificador de banda larga, alimentação por baterias não magnéticas e eletrodos
53
Neurociências
de materiais apropriados. Os eletrodos mais utilizados para esta finalidade são anéis plásticos
cobertos com finas camadas de cloreto de prata (Ag/AgCl) ou ligas de ouro. Para completar o
aparato, a transmissão dos dados de EEG para fora da sala de RM é feita através de cabo de fibra
ótica a fim de não alterar o isolamento eletromagnético da sala e, assim, não contribuir para a
criação de ruídos por interferência de radiofreqüência.
Além do uso de materiais especiais, o processo de montagem dos eletrodos no paciente
deve ser cuidadosamente estudado. Em geral, o gel de condução é feito à base de água, sem
resíduos magnéticos. Os fios dos eletrodos são enrolados na forma de par trançado para cancelar
mutuamente suas respectivas induções de campo magnético. Além disso, todo o conjunto de fios
que chegam ao amplificador deve seguir uma linha reta para evitar artefatos. A cabeça do paciente
deve ser muito bem fixada para manter os eletrodos imóveis e minimizar os artefatos de
movimento. A colocação de bandagem sobre os eletrodos ajuda a limitar o aparecimento de
artefatos de pulso, conhecidos como balistocardíacos.
No caso de estudos de epilepsia, um protocolo de remoção rápida do paciente de dentro
do aparelho de RM deve ser estabelecido a fim de preservar sua segurança (19) em caso de crise.
O posicionamento do paciente no equipamento de RM deve ser cuidadoso a fim de evitar que os
eletrodos sejam deslocados de suas posições. Deve-se também tomar cuidados adicionais com
respeito ao grau de desconforto que todo o aparato possa provocar no paciente. Para isso, em
geral é utilizado um travesseiro com material não magnético feito de mini-esferas de polietileno,
pois os eletrodos se ajustam com facilidade na superfície abaixo da cabeça do paciente, eliminando
qualquer incômodo. Outras vezes, um travesseiro a vácuo é utilizado para imobilizar melhor os
eletrodos. A superfície do travesseiro é de plástico, o que facilita a esterilização a cada medição.
Este tipo de travesseiro utilizado no arranjo de EEG-fMRI da Unicamp pode ser parcialmente
visualizado na Fig. 1 a seguir. Essa figura mostra detalhes da montagem, como o de esticar os fios
dos eletrodos da toca de EEG (Fig. 1b), para minimizar os efeitos de indução eletromagnética.
Fig. 1. Amplificador de EEG (a) conectado à toca (b)
dentro da RM. Cabeça repousa sobre o travesseiro de
polietileno (c).
54
Desenvolvimento Tecnológico
2.2. Remoção de artefatos em EEG-fMRI
Artefatos que surgem no sinal de EEG devido a movimento são denominados artefatos
balistocardíacos e possuem freqüências menores do que 10 Hz. Surgem em decorrência do
movimento do corpo associado à atividade cardíaca (rápida variação do fluxo nas artérias e veias
da cabeça), mas podem ser minimizados pela diminuição e melhor fixação dos cabos, pelo uso de
montagem bipolar e pela utilização de algoritmos para médias e subtrações de atividades
eletrocardiográficas (8,21). Artefatos relacionados à aquisição de imagens (artefatos de gradiente),
gerados pelas rápidas variações de gradientes de campo magnético, alcançam amplitudes cerca de
50 vezes aquelas do traçado de EEG. Este tipo de artefato torna impossível a leitura do traçado
sem sua correção. Vários métodos de remoção deste tipo de artefato foram propostos com
diversas técnicas, tais como ICA (22), wavelets (23), filtros baseados em transformada rápida de
Fourier, através da comparação de segmentos de EEG durante e entre períodos de aquisição de
imagens (24), dentre outros (25-27). Apesar disso, para remoção de artefatos de gradiente, o
método mais amplamente utilizado é aquele originalmente proposto por Allen et al. (8,9), que se
utiliza de cálculos de média e sua posterior subtração.
Na Fig. 2, pode-se verificar como é o sinal de EEG adquirido dentro do equipamento de
RM durante o funcionamento dos gradientes de campo magnético, no caso da seqüência EPI.
Fig. 2. Traçados de EEG-RM com artefatos de gradiente após aquisição
simultânea de imagens EPI.
Na Fig. 3, o mesmo sinal de EEG mostrado na figura anterior pode ser visualizado depois
de ter sido feita a correção dos artefatos de gradiente.
55
Neurociências
Fig. 3. Traçados de EEG depois de removidos os artefatos de gradiente.
Pode-se notar a atividade epileptiforme que foi detectada e assinalada no
canal TP9.
2.3. Aquisição, pré-processamento e análise de fMRI
Imagens eco-planares (EPI) são utilizadas com freqüência para a detecção do sinal BOLD
em experimentos de ressonância magnética funcional (fMRI). Essas imagens, ponderadas em T2*,
fornecem uma resolução espacial da ordem de milímetros (normalmente de 3 a 5 mm), enquanto
que a resolução temporal é dada pelo tempo de repetição do pulso que é da ordem de segundos
(normalmente entre 2 e 3 s). Assim, embora seja boa a resolução espacial, a resolução temporal é
fraca, dando oportunidade para o uso de EEG, que possui resolução temporal de milisegundos.
Em geral, a análise estatística dos dados de fMRI é precedida de várias etapas de préprocessamento das imagens adquiridas. Como as sessões de aquisição de EEG-fMRI são feitas em
tempos dilatados, da ordem de uma hora, necessários para a obtenção de número adequado de
eventos epileptiformes, o realinhamento das imagens é item de pré-processamento obrigatório. Da
mesma forma, a suavização com filtro Gaussiano é uma etapa de pré-processamento importante
para a atenuação de ruídos e espalhamento do sinal (normalmente FWHM de 5 a 8 mm). A
maioria dos programas de análise estatística disponibiliza tais ferramentas.
A metodologia de análise de dados de EEG-fMRI é bastante complexa e ainda requer
melhorias significativas. O primeiro problema não resolvido é a determinação da morfologia da
HRF associda à resposta BOLD referente a uma IED. Enquanto a maioria dos grupos utiliza em suas
análises a HRF de Glover (18), com pico em 5,4 s, alguns pesquisadores tentam explorar diferentes
estratégias. Algumas dessas estratégias envolvem o uso de HRFs específicas para os pacientes, ou
múltiplas HRFs com diferentes tempos de picos (3, 5, 7 e 9 s), ou ainda HRFs não específicas.
Outras possibilidades envolvem a investigação da análise BOLD independente de atividade de EEG
no escalpo, como clustering temporal (28), métodos de deconvolução (29) ou ICA (30). Contudo,
na maioria dos estudos tipo evento-relacionado, como é o caso da investigação da atividade
epileptiforme via fMRI, a HRF padrão é utilizada segundo o método desenvolvido por Worsley e
Friston (31-33).
Em termos da exploração de diferentes tipos de HRF, uma abordagem distinta foi
realizada por Bénar e colegas (34), que tentaram investigar aspectos específicos da resposta BOLD
associada com as IEDs em diferentes regiões cerebrais. Eles obtiveram médias de HRFs semelhantes
ao modelo padrão, embora diferenças notáveis tenham sido observadas. Para alguns pacientes, a
56
Desenvolvimento Tecnológico
resposta BOLD positiva (ativação) apresentou-se mais larga que a usual, enquanto que, para
outros, a resposta negativa (desativação) é que foi mais longa e pronunciada. Apesar da
possibilidade de esse resultado estar relacionado a uma variabilidade normal entre os indivíduos
avaliados, provavelmente ele reflete diferentes mecanismos patofisiológicos, tornando-se assim um
tópico de grande interesse. De fato, uma análise subseqüente (35) realizada pelo mesmo grupo
mostrou que, ao serem utilizadas HRFs específicas para os pacientes, houve um aumento de
sensibilidade na detecção do sinal BOLD associado às espículas epileptiformes registradas pelo EEG.
Seguindo essa linha, um estudo recente (36) examinou se a má especificação da forma da HRF
poderia subestimar a resposta de fMRI. De fato, observou-se um aumento na porcentagem de
respostas BOLD detectadas, de 45% para 62,5%, quando se passava do uso da HRF padrão para
o uso de múltiplas HRFs na análise estatística. Recentemente, têm sido publicadas ocorrências
superiores a 80% de respostas BOLD em pacientes estudados. Assim, a análise da morfologia da
HRF e sua suposta relação com aspectos patofisiológicos específicos de epilepsia (37) através da
técnica combinada de EEG-fMRI permanece um assunto atraente para investigações futuras.
3. Estudos clínicos em epilepsia
Desde a sua concepção, observou-se que a técnica combinada de EEG-fMRI é
especialmente indicada para aplicação em pacientes com epilepsia, principalmente pela
possibilidade de determinação de focos epileptogênicos. O que se espera é que, quando bem
estabelecida, esta técnica possa fornecer informações importantes e complementares ao
diagnóstico clínico aplicado atualmente. Sendo assim, nesta seção são apresentados alguns dos
estudos realizados na Unicamp, que visam o desenvolvimento desta técnica tendo em vista
especialmente o seu uso potencial na avaliação clínica de pacientes indicados para cirurgia de
epilepsia.
A epilepsia de lobo temporal mesial (ELTM) é o tipo de epilepsia mais comum em
adultos, sendo que o tratamento cirúrgico é uma opção freqüente em casos refratários (38). Em
particular, a ELTM é uma patologia bastante interessante para a aplicação da técnica de EEG-fMRI,
pois pacientes com esse diagnóstico apresentam com freqüência espículas interictais unilaterais no
lobo temporal em registros de EEG através do escalpo, que podem ser utilizadas como marcadores
para a localização do sinal BOLD e com isso levar a resultados mais confiáveis do ponto de vista
da correta localização de zonas epileptogênicas ou irritativas.
Especificamente na Unicamp, essa técnica começou a ser implementada a partir de junho
de 2005 através de uma proposta de estudos em ELTM aprovada pelo Comitê de Ética local.
Desde o início de 2006 até o final de 2007 foram registrados mais de 60 exames de EEG-fMRI,
dos quais 43 foram em pacientes, sendo 33 em pacientes específicos de ELTM.
As aquisições de fMRI foram realizadas no equipamento de RM Elscint Prestige 2T
(Elscint, Haifa, Israel), com imagens EPI adquiridas no modo intercalado (TR = 2000 ms, TE = 45
ms, 20 cortes, resolução planar = 3 x 3 mm com largura = 6 mm). O sinal de EEG foi registrado
através de 32 eletrodos compatíveis com RM e amplificador compatível com campo magnético,
do tipo BrainAmp 32 MR System, de 32 canais digitais (Brain Products, Munique, Alemanha). Os
dados de EEG foram submetidos a remoção de artefatos de gradiente e filtragem offline através do
programa BrainVision Analyzer professional (Brain Products, Munique, Alemanha). Os registros
eletrográficos de atividade epileptiforme foram detectados e assinalados por uma neurologista
com grande experiência em leitura de EEG, que acompanhou e fez a análise de todos os traçados
das 60 aquisições.
Na análise estatística dos dados de fMRI, os instantes das descargas epileptiformes
interictais (IEDs) têm sido usados como marcadores para construir o paradigma de busca das
respostas BOLD correspondentes. Esse estudo das imagens EPI tem sido realizado através do
pacote estatístico SPM2 (Statistical Parametric Mapping), disponível gratuitamente via Internet
(www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Nesta etapa do trabalho, uma parametrização padrão da resposta
BOLD, conhecida como função gama tem sido utilizada como modelo para a HRF. Todas as
imagens são submetidas às mesmas etapas de pré-processamento: correção temporal dos cortes,
realinhamento, normalização com o cérebro padrão do MNI e suavização espacial – kernel
Gaussiano de 6 mm de FWHM. A análise estatística é realizada por meio de testes-T com limiares
57
Neurociências
de valores-T > 3,9 (valores-p corrigidos por Bonferroni), contando ainda com limiares de clusters
de 10 voxels contíguos, que tornam os achados dos mapas paramétricos mais robustos.
Embora o trabalho de análise de dados ainda esteja em andamento, resultados
preliminares indicam que cerca de 80% dos pacientes apresentam respostas BOLD associadas a
IEDs, sendo que 55% apresentam correspondência de localização com investigações clínicas
prévias. A título de ilustração, a Fig. 4 mostra a região de ativação BOLD encontrada através da
análise da atividade interictal de um paciente com ELTM e atrofia hipocampal direita. Neste caso,
foi obtida uma excelente concordância da resposta BOLD com seu diagnóstico clínico.
Fig. 4. Resposta BOLD positiva obtida através da técnica EEG-fMRI,
aplicada a um caso de epilepsia de lobo temporal mesial e atrofia
hipocampal direita.
A Fig. 5 a seguir mostra o resultado de um estudo para localização de modelos de dipolo
feita através da análise de componentes independentes (ICA) para o mesmo caso apresentado na
figura anterior. Essa análise considerou as atividades epileptiformes concatenadas e centralizadas
em épocas de um segundo de duração (-500 ms antes do máximo da onda aguda e +500 ms
após). Para a localização de fontes de EEG foi utilizada a ferramenta EEGLAB v6.01b
(http://www.sccn.ucsd.edu/eeglab/) com seu plug-in DIPFIT2.2. Este plug-in realiza a localização
de fontes ao ajustar um modelo de dipolo de corrente equivalente com uma técnica de otimização
não-linear utilizando um modelo de crânio de três camadas (BEM) do cérebro padrão (template)
disponibilizado pelo Montreal Neurological Institute (MNI) (39,40).
58
Desenvolvimento Tecnológico
Fig. 5. Fontes de dipolos obtidas por
ICA para um caso de ELTM e atrofia
hipocampal direita. (A) Todos os
dipolos resultantes da análise e (B) os
dipolos restantes após descarte das
componentes espúrias, que mostra,
apesar da dispersão de fontes,
predomínio do hemisfério direito.
A Fig. 5A acima mostra todos os dipolos resultantes da análise por ICA, com uma
visualização tipo glass brain nos cortes axial, coronal e sagital. Após a análise por ICA, pôde-se
avaliar e descartar componentes independentes espúrias (como artefatos EOG, por exemplo),
através dos mapas de potenciais no escalpo. Dessa forma, a Fig. 5B evidencia os dipolos restantes
após esta eliminação. Note-se que, apesar dos dipolos apresentarem-se espalhados, eles estão
restritos ao hemisfério direito do indivíduo estudado, em concordância com a lateralidade desse
caso de epilepsia.
Ainda dentro da mesma pesquisa de EEG-fMRI na Unicamp, um estudo de caso
importante a respeito de análises de EEG-fMRI antes e após uma cirurgia de ressecção do
hipocampo direito (hipocampectomia seletiva) de uma paciente com ELTM, a ser publicado por
Sercheli et al. (41), revela uma forma de complementariedade desta técnica na investigação clínica.
Um dos achados é o fato do exame de EEG-fMRI antes da cirurgia ter revelado indução do
hipocampo esquerdo pelo hipocampo direito no mesmo instante em que mostra este último
totalmente preenchido por resposta BOLD positiva, mesmo diante de traçados de EEG pouco
esclarecedores. Esses achados foram corroborados por exames realizados no pós-operatório.
59
Neurociências
4. Perspectivas
Esta tendência recente de desenvolvimento de técnicas multimodais para estudos
cerebrais ganhou um instrumento bastante importante com a criação do método de aquisição
combinada de EEG e fMRI. Atualmente, esta técnica híbrida de EEG-fMRI está bem estabelecida do
ponto de vista de instrumentação, aquisição e filtragem de sinais. Contudo, a área da análise de
dados propriamente dita ainda merece especial atenção dos pesquisadores. Há ainda muito por
fazer neste setor.
No campo da epilepsia, a técnica EEG-fMRI constitui uma nova abordagem visando
localizar as zonas epileptogênicas e contribuindo para aprimorar o planejamento cirúrgico.
Medidas simultâneas de EEG e fMRI permitem identificar alterações hemodinâmicas e metabólicas
associadas a IEDs e, com isso, localizar regiões cuja ativação neuronal detectada pelo fMRI esteja
em sincronia com a atividade interictal registrada pelo EEG. Por outro lado, esforços consideráveis
têm sido realizados para desenvolver métodos de análise do sinal BOLD independentes do
registro de EEG no escalpo. Contudo, a interpretação do que realmente significam as regiões de
ativação e desativação, as respostas BOLD positivas e negativas, e quais são os mecanismos
fisiológicos subjacentes a esses registros, ainda são questões de extrema importância que estão em
aberto. Dessa forma, pode-se considerar que uma técnica híbrida como EEG-fMRI, que se baseia
em aspectos neurofisiológicos bastante distintos, i.e. respostas hemodinâmicas e potenciais
elétricos, possua um potencial bastante grande para contribuir na elucidação dessas questões.
O Programa CInAPCe-Fapesp abriu uma possibilidade bastante importante para inovar
nessa área, ao disponibilizar equipamentos de RM de 3 Tesla para a realização de pesquisas em
neuroimagens funcionais. Com isso, espera-se ter condições mais adequadas para estudar as HRFs
associadas a IEDs através das aquisições realizadas em 3T, já que o sinal BOLD deverá ser
significativamente maior devido ao alto campo. Por outro lado, o alto campo será também fonte
de dificuldades técnicas, já que os artefatos de gradiente e balistocardíaco que incidem sobre o
sinal de EEG acabariam sendo realçados. Espera-se, contudo, que os novos métodos de filtragem e
análise de sinal sejam robustos o suficiente para restaurar um sinal de EEG com boa qualidade para
leitura.
Em resumo, apesar do método de EEG-fMRI ser complexo e ainda demandar melhorias,
é uma técnica multimodal muito promissora, próxima de ser exeqüível de forma rotineira, que
pode fornecer informações adicionais para a investigação clínica através de EEG, principalmente
em epilepsia (20,41,42).
60
Desenvolvimento Tecnológico
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Agradecimentos
Este trabalho foi financiado pela FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de
São Paulo – através do projeto de pesquisa de pós-doutoramento 2004/15805-5 e do projeto
temático 2005/56578-4, e foi desenvolvido em conjunto pelo Grupo de Neurofísica/IFGW e pelo
Laboratório de Neuroimagem/FCM, ambos da UNICAMP. Agradecimentos especiais ao Prof. Dr.
Fernando Cendes.
63
Neurociências
64
Desenvolvimento Tecnológico
LOCALIZAÇÃO DE DESCARGAS EPILÉPTICAS INTERICTAIS USANDO A DISTÂNCIA DE
KULLBACK-LEIBLER NA AQUISIÇÃO SIMULTÂNEA DE EEG-fMRI
Marcio Junior Sturzbecher; Dráulio Barros de Araújo1; Tonicarlo Rodrigues Velasco; Brenno
Caetano Troca Cabella; Regina Maria França Fernandes; Ubiraci Pereira da Costa Neves; Américo
Ceiki Sakamoto; Oswaldo Baffa; Pedro Valdes-Sossa
Dos pacientes com epilepsia, cerca de 60% sofrem com síndromes epilépticas focais (1).
Na maioria desses pacientes, a condição é adequadamente controlada com drogas anticonvulsivas,
que tem o objetivo típico de diminuir a excitabilidade neuronal e cuja eficiência depende do tipo e
causa da epilepsia. Entretanto, a medicação é ineficiente em aproximadamente 15% desses
pacientes porque possuem a chamada epilepsia refratária ao tratamento medicamentoso ou são
denominados farmacologicamente resistentes. Nesse contexto, aproximadamente 50% dos
pacientes são potenciais candidatos ao tratamento cirúrgico da epilepsia que tem sido um
importante e efetivo meio de controlar as crises. Dependendo da síndrome epiléptica e da
habilidade para se definir claramente e retirar completamente a zona epileptogênica, grandes
centros de epilepsia têm relatado uma taxa média de 60% de pacientes submetidos à cirurgia que
ficaram livres das crises epilépticas (1). Contudo, levando-se em consideração a severidade da
epilepsia na população submetida a esse tratamento, a cirurgia de epilepsia pode ser considerada
uma terapia bem sucedida.
O objetivo da cirurgia epiléptica ablativa é a ressecção da zona epileptogênica (ZE) com a
preservação do córtex eloqüente. A ZE, entretanto, é um conceito teórico que descreve a área do
córtex anormal necessário para a geração das crises epilépticas, cuja completa ressecção ou
completa desconexão resulta na eliminação das crises. Desta forma, se o paciente está livre das
crises depois da cirurgia nós concluímos que a ZE pode ter sido incluída na ressecção do córtex.
Não há modalidade de diagnóstico atualmente disponível que pode ser aplicada para medir toda
a ZE diretamente. Entretanto, a localização e os limites dessa área podem ser elucidados
indiretamente usando informações adquiridas com o acesso clínico da semiologia, registros
eletroencefalográficos (eletroencefalograma (EEG) interictal e ictal de superfície e em certos casos
intracraniais), testes psicológicos, testes funcionais e técnicas de neuroimagem. Estas ferramentas de
diagnóstico definem diferentes zonas corticais (zona sintomagenica, zona irritativa, zona de inicio
ictal, zona de déficit funcional e lesão epileptogênica), cada qual traz informações da localização e
extensão da ZE em função da sensibilidade e especificidade do respectivo método de diagnóstico
aplicado.
Essas técnicas podem ser invasivas quando, por exemplo, eletrodos profundos são
necessários ou não-invasivas, com mínima interferência física ao paciente. De regra, ferramentas
não-invasivas têm sido utilizadas para investigar pacientes com epilepsia refratária, quais sejam:
registros de vídeo-EEG e a imagem por ressonância magnética (IRM).
O EEG tem sido utilizado no contexto de desordens epilépticas desde sua descoberta.
Esses estudos são críticos nos diagnósticos de epilepsia, na classificação das desordens epilépticas e
na localização das fontes de atividades epilépticas. Entretanto, a localização do EEG está limitada
pela sua baixa resolução espacial. Assim, para melhorar a caracterização diagnóstica e a localização
da ZE, o EEG pode ser associado à aquisição de dados comportamentais, gerados por um aparelho
de vídeo, configurando o vídeo-EEG. Na definição da zona irritativa e a zona de inicio da crise, o
monitoramento vídeo-EEG permanece o padrão ouro.
Antes do EEG, toda investigação topográfica da lesão epileptogênica, quando de uma
crise focal, estava restrita aos achados semiológicos e era este o principal dado a ser seguido no
planejamento da cirurgia ablativa. Contudo, é importante notar que, algumas vezes, o paciente
apresenta ritmos eletrográficos distantes da provável área de origem dos sintomas. Com isto, os
conceitos da epileptogenicidade tiveram que ser ampliados. Desse modo, diferentes áreas corticais
foram descritas como envolvidas no processo da epileptogênese (Tabela 1)(1).
Endereço para correspondência: Draulio Barros de Araújo - e-mail: [email protected] - DFM – FFCLRP Universidade de São Paulo, Av. Bandeirantes, 3900 – CEP 14040-901 - Ribeirão Preto - SP
1
65
Neurociências
Tabela 1: Descrição das zonas e lesões do córtex
Zona epileptogênica
Região do córtex que pode gerar as crises epilépticas. Por
definição, a remoção ou desconexão total da zona epileptogênica
é necessária e suficiente para o paciente ficar livre das crises.
Zona sintomatogênica
Área cortical responsável pela produção dos sintomas que em
última instância caracterizam clinicamente a crise epiléptica.
Zona de início ictal
Região de “gatilho” que inicia o processo de geração de crises.
Pode ser maior, menor, ou coincidir com a zona epileptogênica. É
a área cuja retirada é fundamental ao controle de crises no pósoperatório.
Região do córtex que no período interictal é funcionalmente
Zona de déficit funcional
anormal, como indicado por exames neurológicos, testes
neuropsicológicos e imagens funcionais
Lesão estrutural que está casualmente relacionada com a epilepsia.
Lesão epileptogênica
Em uma parte dos casos (aproximadamente 25% das epilepsias
focais) não é possível determinar sua origem ou topografia pelos
métodos de imagem habituais. Nos casos em que uma lesão
estrutural é detectada, é necessário comprovar sua relação com a
origem das crises, uma vez que em alguns casos notam-se lesões
distintas e ambas potencialmente epileptogênicas, e outros no qual
a lesão detectada não tem participação na geração de crises.
Área do tecido cortical que gera os spikes eletrográficos interictais.
Zona irritativa
A zona irritativa pode ser medida pelo EEG (escalpo ou invasivo),
magnetoencefalografia (MEG) ou aquisição combinada de imagem
por ressonância magnética e EEG (fMRI-EEG). Os spikes interictais
podem ser considerados geradores de “mini crises”. Se eles são
suficientemente “fortes” e são geradas dentro de uma área cortical
eloqüente, podem dar origem aos sintomas clínicos.
Estudos de neuroimagem, como por IRM, têm contribuído em muito para a definição
dessas diferentes regiões. A IRM permite a identificação de alterações estruturais com excelente
resolução espacial, identificando lesões atróficas, displásicas ou neoplásicas. Além disso, métodos
quantitativos podem ser usados para aumentar a capacidade da IRM distinguir tecidos normais de
anormais. Por exemplo, a medida de volume de estruturas mesiais pode ajudar a encontrar atrofias
(2) e a análise de textura automatizada pode apontar para malformações em regiões específicas
(3).
Além da avaliação estrutural, nos últimos anos muitas técnicas de imagem foram
propostas para a investigação funcional, não-invasiva, desses pacientes. A Tomografia por Emissão
de Pósitrons (PET) e a Tomografia por Emissão de Fóton Único (SPECT) permitem o estudo da
alteração metabólica, geralmente associada à atividade epileptogênica. A PET, por exemplo,
permite localizar com alguma precisão os sítios de neurotransmissores específicos associados à
epilepsia. Por outro lado, com a SPECT, traçadores radioativos podem ser administrados no início
da crise dos pacientes, agregando-se a regiões com alta perfusão, devido ao aumento da atividade
metabólica, podendo ser identificados depois de muitas horas. Contudo, a resolução espacial da
SPECT é relativamente baixa, e a PET é muito cara, além de ambas as técnicas utilizarem radiação
ionizante.
Nos últimos anos, o aperfeiçoamento da imagem funcional por ressonância magnética
(fMRI) tem exercido um importante papel para a avaliação de funções cognitivas e avaliação précirúrgica de pacientes com epilepsia. A fMRI tem obtido um papel de destaque, dentre todas as
técnicas de mapeamento funcional, por seu caráter não-invasivo, e a prevalência de tomógrafos de
ressonância em instituições hospitalares. Além disso, essa técnica consegue aliar uma excelente
resolução espacial a uma resolução temporal razoável.
Classicamente a técnica fMRI é mais usada no estudo sensorial, motor e de funções
cognitivas em que a condição experimental difere da condição de controle de modo controlado
pelo pesquisador. De regra, o indivíduo é levado a executar algum tipo de tarefa, construída por
66
Desenvolvimento Tecnológico
períodos de atividade, alternados por períodos de repouso. A fMRI baseia-se na mudança do nível
de atividade neuronal, que é acompanhada por uma mudança na razão da concentração da oxy- e
deoxy-hemoglobina do sangue. Como a oxy- e a deoxy-hemoglobina possuem características
magnéticas distintas, alterações no estado de atividade neuronal levam a uma pequena alteração
no contraste da imagem, conhecido por efeito BOLD (Blood Oxygen Level Dependent). Durante
uma experiência de fMRI, imagens do cérebro do voluntário ou paciente são adquiridas
repetidamente, geralmente através da utilização de seqüências rápidas de pulso, como as ecoplanares (EPI), enquanto o sinal BOLD é modulado pelo paradigma aplicado.
Infelizmente, as alterações no contraste das imagens não são grandes, da ordem de 3-4
%, impossibilitando a inspeção visual direta, exigindo a implementação de algoritmos
computacionais específicos. A maioria dessas análises estatísticas faz uso de paradigmas em bloco,
em que o indivíduo é submetido a períodos relativamente longos de atividade, intercalados por
períodos relativamente longos de repouso. Partindo desse princípio, podemos calcular, por
exemplo, a correlação cruzada entre a evolução temporal de todos os pontos (pixel) da imagem,
com uma função de referência, por exemplo, uma “box-car function” convoluída com um modelo
da resposta hemodinâmica. Não obstante, nos últimos anos a fMRI evento-relacionada (ER-fMRI)
se tornou um método alternativo para deduzir características particulares de funções cerebrais em
humanos. Ela consiste basicamente na apresentação de estímulos de curta duração seguidos por
longos períodos de repouso.
Assim como os paradigmas em bloco, classicamente a análise das séries temporais de ERfMRI está baseada em um modelo, ou seja, a resposta à atividade neuronal segue um padrão
específico, conhecido como função de resposta hemodinâmica, Hemodynamic Response Function
(HRF). Em geral, a HRF tem uma topografia típica para muitos processos. Logo, depois do início
do estímulo, que dura um curto período de tempo, a resposta BOLD começa a aumentar, chega a
um máximo e retorna à linha de base em aproximadamente 20 segundos após o estímulo. Porém,
esse modelo pode não ser o mais adequado para uma série de casos. De fato, a HRF depende de
muitas variáveis tais como a variabilidade entre sujeitos, áreas cerebrais e idade (4,5,6). Essa
variabilidade é mais evidente, ainda, em tecidos patológicos, como regiões cerebrais
epileptogênicas (7).
No contexto da epilepsia, a fMRI pode medir mudanças hemodinâmicas locais associadas
à estimulação de descargas epileptiformes interictais com suficiente sensibilidade para localizar a
zona irritativa em pacientes com epilepsia. Para medir essas mudanças, a técnica considera a
condição de controle quando o EEG está na linha de base e a condição experimental corresponde
à presença de descargas epilépticas. O recente desenvolvimento da aquisição combinada de EEG e
fMRI criou a oportunidade de aliar a resolução espacial da fMRI com a resolução temporal da
EEG, permitindo a investigação de regiões cerebrais, corticais e subcorticais, que estão envolvidas
em mudanças metabólicas como resultado de descargas epilépticas verificadas no EEG de escalpo.
Os sinais eletromagnéticos medidos com o EEG são uma conseqüência direta da atividade
elétrica sincronizada dos neurônios e ocorrem na mesma escala de tempo dos processos cognitivos,
em uma escala de milisegundos, enquanto sinais hemodinâmicos medidos com a fMRI estão
indiretamente relacionados com a atividade neural pelo consumo de energia da população de
neurônios e registra um sinal sobre a escala de segundos. A fMRI permite a avaliação não-invasiva
de todas as áreas do cérebro com o grau de precisão em milímetros. Isto inclui regiões profundas
da matéria cinzenta que são inacessíveis no monitoramento do EEG de escalpo e eletrodos
subdurais. Quando combinamos com registro simultâneo de EEG, a técnica fMRI-BOLD permite a
identificação de áreas cerebrais funcionalmente comprometidas pelas descargas epilépticas
interictais. A localização de áreas corticais funcionalmente envolvidas em epilepsia focal pode
facilitar a identificação da ZE e o entendimento dos déficits funcionais associados com a epilepsia.
Registrando o EEG no interior do magneto, podemos, a princípio, promover a aquisição
de sinais efetivos de fMRI, provocados pelas descargas (spikes) epileptiformes interictais, para
identificar áreas cerebrais envolvidas na geração desses spikes. A localização de ativação pela fMRI
pode ser comparada com o foco de spikes no EEG e anormalidades estruturais de MRI. Esta técnica
ajuda a definir a localização do foco epileptogênico e é importante para o melhor entendimento
das patogêneses da epilepsia.
67
Neurociências
Para definir a condição experimental nesta técnica multi-modal, é necessário adquirir o
EEG enquanto o sujeito está no aparelho de ressonância magnética. Esta é uma tarefa desafiadora
porque artefatos são gerados pela mudança dos campos magnéticos sobre o EEG e pelo
equipamento de EEG sobre as imagens de ressonância magnética. Quando os eletrodos são
colocados dentro do tomógrafo, a rápida mudança dos gradientes de campo e os pulsos de radio
freqüências (rf) requeridos para a IRM podem induzir voltagens que interferem no sinal de EEG.
Além disso, qualquer movimento do eletrodo dentro do campo magnético do tomógrafo causa
um artefato no EEG convencional. Cuidados devem ser tomados para reduzir esses efeitos, manter
a qualidade do EEG, além de garantir a segurança dos sujeitos (8). Desse modo, os eletrodos e fios
do EEG não podem ser magnéticos, como é o caso de eletrodos clássicos. Apesar das dificuldades,
a técnica combinada de EEG-fMRI dispõe de uma possibilidade interessante porque permite a
precisa localização anatômica dos geradores de DEIs pelas mudanças no sinal fMRI correspondente
e presença de registro de DEIs no EEG de superfície. Ele também pode fornecer informação sobre
os mecanismos geradores das DEIs, uma vez que as mudanças metabólicas medidas pela fMRI são
conseqüência da atividade neuronal anormal das DEIs.
Os trabalhos desenvolvidos com EEG-fMRI diferem da maioria das aplicações de fMRI,
pois na investigação de atividades cerebrais espontâneas a ocorrência de eventos de interesse,
como as EDIs em pacientes com epilepsia, está usualmente fora do controle do pesquisador porque
os estímulos são gerados internamente, aleatórios quanto ao aparecimento temporal, não muito
freqüentes e de limitada duração (de uma fração de 1s até 10 s). Isto faz o estudo de eventos
epileptiformes interictais extremamente desafiadores em termos do número e tipo de eventos que
podem ser investigados, determinado apenas pela seleção de pacientes e seu estado de
comportamento de repouso durante a aquisição. Em outras palavras, a eficiência experimental
pode apenas ser otimizada através da seleção do paciente e não pelo desenho experimental. Isto
limita a seleção de poucos pacientes com freqüentes descargas interictais (idealmente muitas por
minutos) que podem ser distinguidos no EEG de superfície.
Ainda, um dos principais problemas da técnica de EEG-fMRI diz respeito aos métodos de
detecção da HRF decorrentes das descargas epileptiformes interictais. Nos protocolos ER-fMRI, o
método estatístico mais utilizado é o modelo linear geral (9). Nesta abordagem, o sinal de cada
voxel é comparado estatisticamente com um modelo construído por impulsos correspondente aos
tempos de spikes (os eventos) convoluídos com a HRF modelo e usados como regressores na
análise estatística. Um mapa de estatística t é construído em que os valores de cada voxel refletem
a semelhança entre o modelo e os dados, e, entretanto a probabilidade deste voxel estar ativo em
resposta aos spikes interictais. Nesses estudos, é sempre mais difícil a localização precisa do sinal
BOLD envolvido no evento eletrofisiológico, uma vez que o padrão da HRF não é bem
caracterizado (10). Pesquisas têm sido realizadas com intuito de aperfeiçoar esses modelos e uma
grande variedade de funções tem sido usada para sua descrição. De modo geral, os modelos
consideram que depois de cada spike interictal, o sinal BOLD irá mudar de acordo com a forma da
HRF simulada. Essa hipótese teórica não leva em consideração as diferenças relacionadas à idade,
diferenças entre pacientes e sujeitos controle, entre pacientes, entre diferentes regiões cerebrais, ou
entre sessões com um único paciente. Entretanto, é sabido que esses efeitos devem ser
considerados. Uma alternativa aplicada para a resolução desse problema foi proposta
recentemente por Bagshaw e colaboradores (11). Essa abordagem consiste em usar uma série de
funções gama simples, com o pico em diferentes latências (por exemplo, 3, 5, 7 e 9 segundos)
depois dos spikes. Eles obtiveram um aumento de 17.5% no grau de ativação em relação ao
método que utiliza a HRF padrão. À parte das dificuldades, o uso combinado das técnicas de EEG
e fMRI, para o estudo da atividade epileptiforme interictal, tem aumentado e tem grande
potencial de utilização como uma ferramenta clínica.
Como podemos ver, a análise estatística é uma etapa crítica do mapeamento cerebral em
EEG-fMRI. Técnicas de análise que não dependem da especificação a priori do modelo da resposta
BOLD oferecem uma alternativa teórica atrativa para o problema acima. A análise de cluster
temporal iterativo (12) é uma dessas técnicas para obter mapas de ativação quando os tempos dos
eventos de interesse não são conhecidos. Outra técnica é a análise de componentes independentes.
Nessa abordagem, o conjunto de dados é decomposto em componentes espacialmente
68
Desenvolvimento Tecnológico
independentes, de modo que, uma, ou muitas dessas componentes podem estar relacionadas à
atividade das DEIs.
Nos últimos anos, métodos alternativos baseados nas medidas de informação tem sido
empregados como alternativas para análise convencional de dados fMRI (13,14). Mais
recentemente, foi proposta a utilização da distância de Kullback-Leiber como medida de
informação na análise de séries temporais de fMRI (15). Estes métodos apresentam a vantagem de
não fazerem hipóteses de modelos da HRF e de questões relativas à linearidade.
Nesse contexto, nós propomos usar a distância de Kullback-Leiber (entropia relativa)
generalizada Dq como medida de informação na análise de dados de EEG-fMRI, em que q é o
parâmetro de Tsallis. A média amostral Dq é escolhida como estatística para o teste de hipótese
nula quando um voxel não está ativo (ruído). As distribuições de probabilidade do teste estatístico
são numericamente determinados por simulações de Monte Carlo. Como os outros métodos
baseados na medida de informação, a técnica apenas considera a estrutura geral do sinal e não
precisa do modelo da HRF. Ao invés disso, a entropia relativa quantifica as diferenças entre as
distribuições de probabilidade p1 e p2 dos estados do sinal BOLD adquiridos. Além disso, o
formalismo generalizado permite a computação de valores Dq otimizados para o sistema em
estudo.
A distância de Kullback-Leibler (KL) generalizada, consiste da medida de uma “distância”
entre funções de probabilidade p1 e p2 de variáveis aleatórias discretas X1 e X2, respectivamente.
Esta medida de informação é definida como (16):
Dq =
(
)
L
k
p1qj p11−j q − p 12−jq ,
∑
(1 − q ) j =1
(1)
em que p1 j é a probabilidade de X1 ter o valor j-th do conjunto de elementos L e K é uma
constante positiva cujo valor depende da unidade usada. Nós adotamos k = 1 ln 2 , fazendo com
que a entropia seja medida em bits. O valor q (Parâmetro Tsallis) é um número real. É possível
mostrar que Dq → D quando q → 1 . É fácil observar que Dq pode divergir dependendo dos
valores de expoentes dos termos p1qj e p11−j q na equação (1). O intervalo 0 < q < 1 garante que os
expoentes permaneçam sempre positivos e não ocorram divergências.
Para a computação da entropia relativa, os estados acessíveis ao sistema para o cálculo
das funções de probabilidade p1 e p 2 são definidos como a amplitude do sinal em um intervalo
específico (janela). Durante a ocorrência de um spike interictal, esperamos que a resposta BOLD a
esse evento de um voxel ativo exiba um pico e então retorne a linha de base (Figura 1). Para ser
mais preciso, suponha que s(t) denota a resposta BOLD ao longo da época de um voxel ativo.
Cada ponto corresponde um valor de pixel como uma função no tempo, s(t), para uma época.
Assim como no cálculo da entropia de Shannon (13), definimos estados acessíveis ao sistema
dentro de uma janela deslizante (W), que corresponde a uma época inteira, centrado em um
instante t. Inicialmente divide-se W em duas janelas (W1 e W2), que correspondem períodos
distintos de tempo: a primeira está relacionada com o aumento do sinal, enquanto a segunda
corresponde principalmente valores de linha de base. É esperado que a distribuição de
probabilidade do nível de sinal ( p1 ) correspondente a resposta BOLD no primeiro período seja
diferente de p 2 relativo a valores da linha de base. Calculado o valor máximo e o mínimo da
época, definem-se os níveis acessíveis do sistema pela divisão da janela (W) em um número
discreto de níveis (L) de amplitude do sinal (IL). A probabilidade
(dentro da janela
p ij
de ocupação do nível
Ij
Wi ) é a freqüência relativa de pontos sobre
I j e então calculada como:
69
Neurociências
pij =
nij
ni
,
(2)
em que nij é o número de pontos com janela W i (i = 1, 2 ) e nível I j ( j = 1,2..., L ) e ni é o
número total de pontos da janela W i .
Figura 1: Diagrama descritivo da série temporal do sinal BOLD.
As funções de probabilidade podem ser obtidas sobre cada
janela separadamente (W1 e W2) e para cada nível IL(15).
Para um sinal BOLD típico, se esperam grandes diferenças entre p1 j e p 2 j e que
Dq (q ≠ 0) atinja grandes valores. Entretanto, se apenas ruído estiver presente então essas
diferenças são reduzidas levando a pequenos valores de
Dq .
Como já mencionado anteriormente, Dq pode divergir e ser inviável para computação
quando q < 0 e para q ≥ 1. Além disso, o caso q = 0 não é de interesse por que D q = 0 . Por
essas razões, nossa análise está restrita ao intervalo de 0 < q < 1 . Neste caso é possível calcular o
valor entrópico q que caracteriza a estatística do sistema estudado. A melhor performance do
sistema é alcançada quando o balanço entre as quantidades de sensibilidade e especificidade é
otimizado e isso realmente ocorre dentro do intervalo estudado. Para calcular a distância de
Kullback-Leibler generalizada, nós escolhemos os parâmetros L=3 e q=0.8, que levam aos
melhores resultados (para mais detalhes veja 17).
Finalmente, o método pode ser aplicado em dados reais de EEG-fMRI com objetivo de
determinar os mapas de ativação correspondentes as descargas epilépticas interictais. Nesse
contexto, estudamos uma série de pacientes com epilepsia refratária ao tratamento anticonvulsivante e com epilepsia do lobo temporal para avaliamos o envolvimento de regiões
temporais como o resultado de atividade dos spikes. Os pacientes foram selecionados sobre a base
de terem spikes interictais freqüentes e focais. Todos os pacientes forneceram o termo de
consentimento informado de acordo com regulamentos do comitê de ética do Hospital das
Clínicas de Ribeirão Preto. Os testes diagnósticos utilizados para definir a epilepsia incluíram a
70
Desenvolvimento Tecnológico
história clínica e exame neurológico, a monitorização por vídeo EEG, imagens de IRM, exame
neuropsicológico e, quando possível, SPECT ictal e interictal.
Cada paciente foi estudado em uma única sessão com uma aquisição combinada de EEGfMRI. Antes do experimento, foi colocada a touca de eletrodos em todos os pacientes com auxílio
de um gel condutor para diminuir impedância e melhorar o sinal EEG. Além disso, foi orientado
para que realizassem o mínimo de movimentos possíveis durante a aquisição, de maneira que
dados com movimentos intensos (mais do que 5 mm) não foram incluídos nas análises estatísticas.
Os dados de EEG foram registrados simultaneamente e continuamente aos dados de fMRI
usando um sistema de EEG compatível com a ressonância magnética juntamente com o programa
Brain Vision Recorder (BrainProducts, Munique, Alemanha). Foi utilizado um amplificador
BrainAmp, com taxa de amostragem de 5 kHz, o qual incorpora resistores de limites de correntes
de 5kΩ para cada eletrodo (BrainProducts, Munich, Germany). A touca de EEG BrainCap consiste
de 30 eletrodos de escalpo distribuídos de acordo com o sistema 10-20 (referência entre Fz e Cz) e
dois eletrodos adicionais, um para medidas do eletrocardiograma (ECG) e outro para detecção de
artefatos do olho. Procurou-se alcançar uma impedância menor do que 10 kΩ para cada eletrodo.
Os dados foram transmitidos de um amplificador via cabo de fibra ótica para um computador
localizado fora da sala de ressonância.
Os dados de fMRI foram adquiridos com um tomógrafo de 1.5T (Siemens, Magneton
Vision) com bobina de cabeça de quadratura e polarização circular comercialmente disponível. O
aparelho está em atividade regular no HC-FMRP-USP, no Serviço de Radiodiagnóstico, em
condições normais de funcionamento, com manutenção periódica. Todas as imagens foram
obtidas com imagens EPIs, tempo de repetição (TR) de 1680ms, intervalo entre fatias de
aproximadamente 100ms e tempo ao eco (TE) de 50 ms. Para cada paciente nós registramos os
dados em uma única sessão de 600 ou 1024 volumes. O volume consiste de 16 fatias de 64x64
voxels. Cada sessão de aquisição durou cerca de 40 minutos. O protocolo incluiu uma aquisição de
alta resolução T1, sagital do tipo spoiled gradient recall echo (SPGR), cobrindo ambos os
hemisférios, com um field-of-view (FOV) de 256-mm, e voxel isotrópico de 1mm3.
Certamente o registro do sinal de EEG dentro do tomógrafo de ressonância magnética
compromete a qualidade do sinal de EEG e pode também afetar a qualidade das imagens de
ressonância magnética. Não obstante, os dados de EEG foram submetidos à correção de artefato
de gradiente no programa Brain Vision Analyzer (BrainProducts, Munique, Alemanha). O método
mais usado para remover artefatos de gradiente foi originalmente proposto por Allen e colegas
(18) e consiste em estimar o artefato e subtraí-lo de cada aquisição, seguido pelo cancelamento de
ruído adaptativo. Para esta abordagem ser válida, a hipótese feita é de que o sinal adquirido
consiste no sinal EEG mais o artefato, esse último é considerado constante no tempo. Um
marcador de eventos indica o início de cada aquisição de volume; este marcador foi então usado
para identificar o início do artefato de gradiente que permitiu criar um modelo do artefato e
posterior subtração (Figura 2). Uma vez livre do artefato de gradiente, os dados foram submetidos
a correção de artefato de pulso com o método de subtração também proposto por Allen e colegas
(19). Esse artefato é possivelmente originado de pequenos movimentos da cabeça ou de eletrodos
após cada pulsação cardíaca devido ao rápido movimento do sangue nas artérias. Esse método usa
a repetição dos artefatos através do tempo para construir o modelo de artefato, o qual requer
precisão na detecção dos picos R. Para a média do artefato nos canais de EEG os picos R são
transferidos do canal ECG para o EEG sobre um tempo de transito médio. Neste estudo o tempo
de transito médio foi calculado para cada sujeito usando a macro, CBC Delay Power, do programa
Brain Vision Analyzer. O artefato médio estimado foi então subtraído do EEG. Um exemplo é
mostrado na figura 3. Este artefato é mais proeminente em tomógrafos com campos magnéticos
mais intensos, por exemplo, 3T.
71
Neurociências
(a)
(b)
Figura 2: (a) Eletroencefalograma registrado durante a aquisição de dados fMRI antes da correção do artefato de
gradiente, ‘Volume Start’ marca o início de cada aquisição fMRI. (b) A mesma sessão de eletroencefalograma
mostrado em (a) depois da correção de artefato de gradiente.
(a)
(b)
Figura 3: Resultado da remoção de artefato de pulso (a) O artefato de pulso é visível no eletroencefalograma antes
da correção do artefato de pulso, ‘R’ marca os picos R. (b) O mesmo dado apresentado em (a) depois da correção
de artefato de pulso.
Após o processamento do sinal de EEG, dois experientes eletroencefalografistas
identificaram e marcaram os tempos das descargas epilépticas interictais ao longo do traçado. Esses
marcadores foram posteriormente utilizados para localizar temporalmente o início da resposta
BOLD nas séries temporais dos dados de fMRI. Para cada resposta BOLD, o tempo de origem foi
tomado como sendo o ponto do sinal que estava mais próximo a EDI correspondente. No
método da distância de Kullback-Leibler proposto, esses marcadores indicam o início da janela
(W).
O pré-processamento dos dados fMRI foi realizado no programa Brain VoyagerTM QX 1.9
(Brain Innovation, Maastricht, Holanda). Os dois primeiros volumes de cada sessão foram
excluídos da análise para deixar o T1 chegar no regime estacionário. Nesta etapa foi realizada a
correção de movimento utilizando interpolação tri-linear, a correção do tempo entre fatia, a
suavização espacial (através de um Filtro Gaussiano com FWHM de 4 mm) e também a filtragem
temporal por um filtro passa alta 3 ciclos/s. O movimento da cabeça é uma fonte de ruído bem
conhecida em fMRI e pode levar a ativação espúrias, especialmente na aquisição de EEG-fMRI em
72
Desenvolvimento Tecnológico
que o curso temporal é de longa duração para se obter um razoável número de spikes. Depois da
correção de movimento, as imagens foram suavizadas, o que ajuda a reduzir o ruído.
O pós-processamento dos dados fMRI foram realizadas utilizando o algoritmo da
distância KL implementado no ambiente do MATLAB 7.0 (Mathworks, Sherborn, MA). Com
objetivo de interpretar o mapa estatístico, um valor de corte é aplicado, em que apenas os voxels
acima de um valor permanecem. Isso revela regiões cerebrais que estão presumidamente
envolvidas nas gerações dos spikes. A significância estatística teve um valor de corte não corrigido
por múltiplas comparações, mas estatisticamente significante. Nós definimos regiões de interesse
com clusters de 200 voxels contíguos. Finalmente, os mapas estatísticos foram sobrepostos sobre
imagens de alta resolução ponderadas em T1.
Resultados preliminares mostraram que os pacientes tiveram EDIs freqüentes, porém
muito variadas. Apenas um paciente não apresentou spikes durante a aquisição dos dados e foi
descartado para o restante das análises. Até o momento as respostas BOLD ocorreram em todos os
pacientes que tiveram spikes no EEG, predominantemente no lobo temporal (Figura 4). As
respostas foram muitas vezes focais, com boa concordância entre a ativação fMRI e dados de EEG
registrados dentro do tomógrafo, mas muitas vezes envolveram também regiões extratemporais,
sugerindo um efeito de espalhamento dos spikes. As respostas extratemporais podem ser devido à
projeção de atividade neural do foco epiléptico que não é suficientemente sincronizada para ser
detectada no EEG de superfície. Ainda, alguns aumentos de sinal BOLD, distantes das EDIs, podem
corresponder a descargas epilépticas profundas que não são visíveis no EEG de escalpo. A limitada
sensibilidade do EEG de superfície também é um fator importante a ser considerado, já que Nayak
e colaboradores mostraram que de um número total de descargas identificadas usando eletrodos
intracranianos, apenas 9% são detectáveis pela inspeção de EEG de escalpo (20). O EEG de
superfície é atenuado e pode ser distorcido pelas meninges, crânio e escalpo. Além disso, é
importante lembrar que o sinal BOLD está propenso a registrar mudanças de sinal de grandes
vasos, o qual pode estar um pouco distante do local de ativação neuronal. Contudo, é sempre
interessante observar respostas BOLD que não correspondem às regiões cerebrais esperadas porque
nesses casos podemos aprender algo novo sobre as descargas epilépticas.
(a)
(b)
Figura 4: Paciente com epilepsia do lobo temporal esquerdo (a) Registro de EEG dentro do tomógrafo mostrando
spikes no lobo temporal esquerdo. (b) Ativação do lobo fronto-temporal esquerdo.
Não podemos descartar que as diferenças encontradas podem ter sido causadas por
problemas inerentes a aquisição dos dados fMRI e no processo de análise. É possível que algumas
das respostas possam ser “ruídos” e que não correspondem a mudanças do sinal BOLD.
Particularmente, o método de KL possui uma dependência quanto ao tamanho da janela utilizada.
73
Neurociências
É necessário garantir que o aumento do sinal BOLD esteja dentro do intervalo da primeira janela
(W1). Isto foi feito considerando que o sinal BOLD associado com os spikes demora entre 10-15s
até retornar a linha de base (10).
De modo geral, não se pode esperar uma perfeita correspondência entre as informações
fornecidas pelo EEG e pela fMRI. Enquanto, o EEG registra diretamente a atividade elétrica dos
neurônios de camadas corticais superficiais, a fMRI mede indiretamente a atividade neural através
do sinal BOLD que depende do fluxo sanguíneo, volume sanguíneo e de consumo de O2 de
qualquer lugar do cérebro. Por essas razões EEG e fMRI são técnicas que fornecem informações
complementares (21).
Os trabalhos disponíveis na literatura têm mostrado que a forma da HRF para os dados
de EEG-fMRI pode diferir significantemente do modelo padrão. Os eventos epilépticos podem ser
variáveis em intensidade e duração e resultarem em amplitudes e duração variáveis das respostas
BOLD. Essas diferenças podem ser de interesse fisiológico e acrescentar no entendimento do sinal
BOLD. Métodos que utilizam um modelo da HRF são limitados e podem perder respostas BOLD
que são muito diferentes do modelo (as respostas hemodinâmicas observadas podem ter diferenças
no FWHM, no tempo de início, no tempo de término do pico BOLD e variar na amplitude), dado
que a HRF em resposta as DEIs ainda não tem sido verificada completamente.
Diferentemente dos métodos que dependem do modelo a priori da HRF, a distância de
Kullback-Leibler generalizada essencialmente considera a estrutura geral do sinal e também não é
influenciada por questões de linearidade, características essenciais na detecção de spikes interictais.
A técnica ainda mostrou-se efetiva nos dados experimentais, detectando as zonas irritativas de
pacientes com epilepsia do lobo temporal.
74
Desenvolvimento Tecnológico
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Desenvolvimento Tecnológico
IDENTIFICAÇÃO DE REDES DE CONECTIVIDADE CEREBRAL EM DADOS DE EEG-RMf
UTILIZANDO A COERÊNCIA PARCIAL DIRECIONADA
João R. Sato1; Luiz A. Baccalá; Koichi Sameshima; Edson Amaro Júnior
Apesar do amplo reconhecimento da importância do papel de como as redes neurais se
conectam anatômica e funcionalmente, muitos estudos de neuroimagem funcional ainda objetivam
apenas identificar regiões cerebrais ativadas durante os processamentos cognitivos. Na realidade,
limitar-se a descrever regiões segregadas ativadas sem revelar as interações é apenas parte da
informação que pode ser obtida. O conhecimento da conectividade entre elas, e como esta varia,
é essencial para compreender melhor os mecanismos cognitivos e a organização funcional do
cérebro.
Este capítulo introduz conceitos básicos e procedimentos para identificar e avaliar
quantitativamente as interações entre áreas cerebrais. Seu conteúdo foi direcionado para públicos
leigos em matemática e estatística, com o intuito principal de divulgar estes conceitos no âmbito
interdisciplinar da pesquisa em Neurociências.
1. Introdução
Desde o início da década de 90, os dados obtidos através de neuroimagem funcional têm
se mostrado fundamentais para o avanço das Neurociências. A maioria destes provém de
tomografia por emissão de pósitrons (PET) e ressonância magnética funcional (fMRI). Ao utilizar
estas ferramentas é possível obter informação a respeito de neurotransmissores e distribuição de
moléculas específicas no cérebro e mapeamento cerebral de diversas funções cognitivas ou
emocionais. Mais recentemente, a identificação de regiões envolvidas na visão, na audição, na
execução de movimentos dos dedos, na compreensão e na produção de linguagem, entre outras
tarefas cognitivas, tem sido quase que exclusivamente realizada por técnicas de fMRI.
Muitos estudos descrevem e ressaltam a natureza e a importância da “especialização”
cerebral. A especialização refere-se ao fato de que a atividade em neurônios não se dá de forma
aleatória ou desorganizada. Na realidade, os neurônios tendem a formar agrupamentos ou
“módulos” espaciais, cujos elementos co-ativam quando um determinado processo cognitivo está
em andamento. Assim, a organização funcional do cérebro é tradicionalmente descrita por
módulos neurais especializados, e cuja participação é mais crítica para que determinada função seja
realizada pelo indivíduo. Por exemplo, há áreas do córtex occipital que estão envolvidas na
percepção visual, outras no lobo temporal medial têm uma forte participação na consolidação na
memória e regiões específicas em lobos frontais são necessárias para o planejamento e execução de
tarefas complexas.
Apenas localizar módulos funcionais no encéfalo é insuficiente para entender e descrever
os mecanismos cerebrais, já que este é composto de redes/circuitos de neuronais interconectados.
Assim, o conhecimento de como se dá a interação entre os diversos módulos é essencial no
processo de desvendar os mecanismos neurais da função cerebral. Neste contexto, é comum
empregar-se o termo conectividade neural.
Na realidade, é preciso distinguir dois conceitos de conectividade: efetiva e funcional. A
conectividade efetiva refere-se às influências e interações entre módulos neurais espacialmente
distantes. Neste conceito, busca-se a descrever mecanismos de inibição e indução de atividade
entre as áreas cerebrais de interesse. Por outro lado, a conectividade funcional refere-se apenas à
ocorrência de correlação de atividade neural entre pares de estruturas cerebrais espacialmente
remotas. Note que este último conceito é mais “fraco” que o anterior, pois foca-se apenas na
simultaneidade entre a atividade de módulos distintos, sem descrever a forma ou até mesmo a
existência de possíveis interações. Assim, a conectividade funcional não permite a realização de
inferências sobre relações de causa-efeito entre as áreas cerebrais envolvidas. Por outro lado, a
análise de conectividade efetiva almeja ao menos sugerir possíveis relações dessa natureza.
Endereço para correspondência: João Ricardo Sato - e-mail: [email protected] - Endereço: Av. Dr. Enéas de
Carvalho Aguiar, 255 - LIM44-RM - Cerqueira Cesar, CEP: 05403-001- São Paulo - SP
1
77
Neurociências
Neste capítulo, serão apresentados conceitos básicos sobre a inferência de conectividade
efetiva, com ênfase na análise quantitativa de dados de EEG-fMRI adquiridos simultaneamente.
Após uma breve descrição da estrutura dos dados de EEG e fMRI, apresentam-se aqui modelos de
conectividade enfocados no conceito de causalidade de Granger, ilustrando-se estas idéias com
dados reais de EEG e fMRI.
2. Ressonância magnética funcional e eletroencefalografia
A eletroencefalografia é uma das principais técnicas de quantificação da atividade
cerebral, freqüentemente utilizada em pesquisa e aplicações clínicas, com destaque na avaliação de
focos epilépticos (1). Em 1913, Vladimir Pravdich-Neminsky publicou o primeiro artigo sobre a
utilização de técnicas de EEG em mamíferos, descrevendo um estudo realizado com cães. No ano
seguinte, em 1914, Cybulsky e Jelenska-Macieszyna fizeram a aquisição de dados de EEG durante
crises experimentalmente induzidas. O cientista alemão Hans Berger, em 1920, iniciou o estudo de
EEG em humanos, nomeando está técnica. Em 1934 os pesquisadores Fisher e Lowenback
descreveram as primeiras formas das ondas epileptiformes, e em 1935, Gibbs, Davis e Lennox
apresentaram as primeiras descargas interictais na epilepsia de ausência. Desde então, a
importância do EEG no uso clínico tornou-se evidente. No entanto, além da caracterização de
crises epilépticas, o EEG também pode ser utilizado para monitorar estados mentais como no ciclo
sono-vigília.
Na técnica de EEG, os sinais da atividade elétrica são adquiridos com a utilização de
eletrodos posicionados no escalpo. Os sinais observados em cada eletrodo representam uma
somatória da atividade de potenciais pós-sinápticos simultâneos de uma área cortical superficial
localizada sob eletrodo. Na verdade, a informação é baseada na variação da diferença de
potencial entre os eletrodos e uma referência comum à somatória destes ou a um ou mais pontos
de referência.
A principal vantagem do EEG é sua alta resolução temporal, isto é, o número de
observações coletadas por unidade de tempo, em geral acima de 1 kHz. Esta resolução temporal
contrasta com a obtida por fMRI que é baixa (da ordem de segundos) já que os sinais usados para
obter as imagens de ressonância magnética funcional (fMRI) via sinal BOLD (blood oxigenation
level dependent (2)) são obtidos de uma amostragem relativamente lenta (tipicamente da ordem
de segundos) do volume cerebral. Alguns trabalhos (3) demonstram que as variações do sinal
BOLD são medidas indiretas da ativação local dos módulos neurais, com alta resolução espacial
(da ordem de milímetros). Estes experimentos foram realizados com eletrodos implantados
diretamente nas regiões cerebrais, e portanto tem informação diferente dos eletrodos na superfície
do escalpo de estudos de EEG. Como discutido anteriormente, a maior parte dos estudos de fMRI
concentram-se em mapear funções cerebrais, a qual tem sido crescentemente utilizada devido à seu
caráter não-invasivo.
Na realidade, a precisa localização espacial dos dipolos que produzem os sinais de EEG é
uma tarefa complexa tanto em termos fisiológicos quanto em termos físicos, computacionais e
matemáticos. O sinal observado no EEG depende de diversos fatores como a morfologia do córtex
de cada indivíduo, perda de sinal conforme a distância em relação à fonte, efeitos de atenuação de
pele, posicionamento dos eletrodos, etc. Em resumo, devido a todos esses elementos, o EEG não
apresenta uma boa resolução espacial, se comparado ao sinal medido na ressonância magnética.
Em resumo, os dados de EEG possuem alta resolução temporal, mas sofrem de baixa
resolução espacial em oposição à fMRI que proporciona alta resolução espacial mas baixa
resolução temporal. Tendo em vista estes aspectos complementares dessas tecnologias, uma nova
metodologia para a aquisição de dados multimodais denominada EEG-fMRI vêm sendo
desenvolvida (4). A EEG-fMRI consiste na aquisição simultânea de dados de ambas modalidades,
pela qual imagens de fMRI são adquiridas em um indivíduo equipado com eletrodos de EEG
dentro do magneto de ressonância magnética. Devido à presença de artefatos inerentes a este tipo
de aquisição multimodal, os primeiros artigos relacionados a métodos quantitativos em EEG-fMRI
descreveram vários métodos para o pré-processamento dos dados e redução de ruídos.
Atualmente, as aplicações clínicas de EEG-fMRI são principalmente na localização neuroanatômica
de focos epileptogênicos (5).
78
Desenvolvimento Tecnológico
Os dados de EEG-fMRI são armazenados na forma de várias séries temporais. Na EEG,
para cada eletrodo (canal) colocado sobre o escalpo do indivíduo, há uma série temporal da
diferença de potencial deste canal em relação a um canal de referência (em geral posicionado entre
os canais Cz e Pz). Na fMRI, há um sinal BOLD para cada voxel (unidade mínima que compõe um
volume), resultando em milhares de séries temporais para todo o cérebro. A análise dos dados de
EEG-fMRI consiste em integrar todas essas séries temporais coletadas simultaneamente, mas com
taxas de amostragem diferentes entre as modalidades.
3. Causalidade de Granger
Os primeiros estudos de conectividade em fMRI utilizavam o coeficiente de correlação
linear de Pearson como medida de dependência entre áreas cerebrais, devido a sua extrema
simplicidade de cálculo e interpretação. Pela própria definição, esta abordagem é natural para a
avaliação da conectividade funcional que busca apenas medidas de simultaneidade da atividade
neural de regiões espacialmente remotas. No entanto, esta abordagem apresenta algumas
limitações, pois é uma medida simétrica, isto é, a correlação entre X e Y é a mesma para Y e X, de
forma que não é possível identificar a direção da influência entre as áreas. Logo, o coeficiente de
correlação não pode ser utilizado para a avaliação da conectividade efetiva, que busca fornecer
inferências sobre a interação entre diferentes regiões cerebrais.
Alguns métodos como o modelo de equações estruturais (SEM) e o modelo dinâmico
causal (DCM) foram desenvolvidos para superar esta limitação. No entanto, em suas propostas
iniciais, tanto o SEM quanto o DCM necessitam da especificação a priori da estrutura de
conectividade entre as áreas a serem avaliadas. Em outras palavras, a existência e direção das
influências não são inferidas por estas abordagens, mas previamente especificada pelo pesquisador.
Na realidade, a estimação do SEM e DCM consiste em quantificar a intensidade de cada ligação de
conectividade e não na identificação da estrutura da rede.
A causalidade de Granger é um conceito que vem se tornando muito popular no
contexto de identificação da estrutura de conectividade cerebral (6,7,8). Oriundo da econometria,
quando Clive Granger, prêmio Nobel de 2003, buscava formalizar matematicamente a relação de
influências entre séries temporais (9), este conceito de causalidade é baseado na premissa de que a
causa sempre antecede seu efeito. Assim, algumas inferências podem ser realizadas utilizando-se as
informações de precedência temporal dos processos de interesse.
Considere duas séries temporais x t e y t , em um instante de tempo t. Suponha que se
deseje utilizar os valores passados das séries (nos instantes de tempo (t-1), (t-2),...) para prever o
valor da série y t no tempo t. Se o erro de predição utilizando as informações dos valores
passados de x t e y t é menor que utilizando somente os valores passados de y t , então diz-se que
x t Granger-causa a série y t . Em outras palavras, se o passado de x t contém informações
preditivas que não estão no passado de y t , então há relação de causalidade de Granger de x t
para y t . Note que esta propriedade não é recíproca, de forma que por meio dela, pode-se
identificar direcionalidade no fluxo de informação.
É importante ressaltar que o conceito de causalidade de Granger usa somente o poder
preditivo e existe somente se o passado de x t ajudar a prever os próximos valores de y t .
Conseqüentemente, este conceito de causalidade não equivale à causalidade "aristotélica" da
filosofia.
Apesar disso, por sua simplicidade, a causalidade de Granger pode ser utilizada para
sugerir as possíveis interações entre áreas cerebrais distintas, e portanto, permite construir hipóteses
sobre a estrutura da conectividade efetiva subjacente.
4. Modelo autoregressivo vetorial
O modelo autoregressivo vetorial (VAR) é um modelo freqüentemente utilizado para a
identificação da causalidade de Granger. Suponha que temos duas séries temporais x t e y t (ex:
79
Neurociências
sinal BOLD ou EEG de voxels/canais distintos). O modelo VAR de ordem p é definido pelas
seguintes equações:
⎧ xt = μ x + φ1 xt −1 + φ2 xt − 2 + ... + φ p xt − p + γ 1 y t −1 + γ 2 y t − 2 + ... + γ p y t − p + ε t
⎨
⎩ y t = μ y + θ1 xt −1 + θ 2 xt − 2 + ... + θ p xt − p + β1 y t −1 + β 2 yt − 2 + ... + β p y t − p + ηt
(1)
na qual x t − l e y t −l são os valores passados das séries em l defasagens (l unidades de tempo
anteriores ao tempo t), p é o número de defasagens total a ser considerado, μ x e
μ y são
constantes relacionadas a média dos sinais, ε t e η t são erros aleatórios (note que os valores
futuros não podem ser previstos somente utilizando os valores passados das séries e portanto, há
um termo de erro no modelo), e os coeficientes φ , γ , θ e β são os coeficientes de influência
entre as séries temporais.
Note que o modelo VAR nada mais é que uma fórmula que relaciona os p valores
passados das séries com os respectivos valores futuros. Note que se todos os coeficientes γ l forem
iguais à zero, então a série x t não depende de nenhum dos valores passados de y t , logo y t não
Granger-causa x t . No entanto, se pelo menos um desses coeficientes for diferente de zero, então
diz-se que y t Granger-causa x t . A causalidade de Granger de x t para y t é interpretada de forma
análoga, em relação aos coeficientes θ l . Uma propriedade interessante do modelo VAR é que este
permite a inferência de uma “auto-causalidade”, i.e., permite avaliar as influências que uma área
cerebral tem sobre si mesma. A Granger auto-causalidade das séries x t e y t dependem
basicamente dos coeficientes φ e β , respectivamente.
Um exemplo ilustrativo do modelo VAR de ordem 2 é dado por:
⎧ xt = 0.4 xt −1 − 0.2 xt −2 + ε t
⎨
⎩ yt = 5 + 0.3 xt −1 − 0.2 yt −1 + 0.3 yt −2 + ηt
(2)
Neste modelo existe Granger auto-causalidade em ambas as séries. No entanto, só há
fluxo de informação, isto é, causalidade de Granger da série de x t para y t , pois x t −1 está
presente na equação que descreve y t . Desta forma, já que a direção das influências está
determinada, pode-se construir um diagrama de fluxo de informação, como representado na
Figura 1.
Como foi visto, a identificação da causalidade de Granger consiste em verificar quais
coeficientes φ l , γ l , θ l e β l (l=1,...,p) são iguais à zero. Contudo, na prática, não se sabe quais
são os coeficientes desse modelo para um dado paradigma de interesse, requerendo que estes
parâmetros sejam estimados, tendo como base os dados de EEG ou fMRI coletados. Devido à
flutuação amostral (os dados coletados são apenas uma amostra dos processos cerebrais), os
coeficientes estimados nunca serão exatamente iguais à zero. Assim, a identificação da causalidade
de Granger consiste em testar estatisticamente quais coeficientes são nulos. Em geral, a estimação é
realizada utilizando-se um procedimento denominado ajuste por mínimos quadrados dos erros,
juntamente com um teste de hipóteses para causalidade de Granger, baseado na razão de
verossimilhanças. Informações sobre a formalização matemática e detalhes sobre a implementação
do procedimento de estimação e testes de hipóteses podem ser encontrados em (10).
A idéia básica da identificação da conectividade cerebral baseada no conceito de
causalidade de Granger é ajustar um modelo VAR para pares de canais/voxels dos sinais adquiridos
utilizando EEG/fMRI. Neste trabalho, embora a aquisição dos tipos de dados seja simultânea,
deseja-se apenas avaliar a conectividade utilizando cada tipo de dado independentemente. Em
outras palavras, o foco não é verificar se determinado canal de EEG Granger-causa o sinal BOLD
em determinado voxel (e vice-versa), mas apenas avaliar a causalidade de Granger entre pares de
80
Desenvolvimento Tecnológico
sinais BOLD e pares de canais de EEG entre si, obtidos em áreas homólogas, comparando a
consistência dos resultados.
A utilização do modelo VAR para a análise de dados de fMRI foi proposta inicialmente
por Goebel et al. (6). Abler et al. (11) mostrou que de fato, o conceito de causalidade de Granger é
eficaz para a identificação da conectividade cerebral, mostrando que os resultados são
reprodutíveis utilizando onze indivíduos submetidos a uma tarefa motora.
5. Coerência parcial direcionada
Com a utilização do modelo VAR é possível determinar a direção do fluxo de
informação entre áreas cerebrais. No entanto, uma das principais propriedades de dados de alta
resolução temporal como o EEG é a caracterização do processo de interesse no domínio da
freqüência. Na prática, utilizam-se bandas de freqüências definidas previamente por estudos da
literatura. Em humanos, as principais bandas de freqüência avaliadas no EEG são:
Tabela 1: Bandas de
freqüências mais utilizadas
no EEG de humanos.
Banda Freqüência (Hz)
Delta até 3
Teta
de 4 a 7
Alfa
de 8 a 12
Beta
de 12 a 30
Gama De 26 a 100
A caracterização de diversos estados mentais nas bandas do EEG é uma prática comum
tanto em aplicações clínicas quanto na área de pesquisa científica. Em outras palavras, a energia
dos sinais de interesse pode ser decomposta em diversas freqüências e esta decomposição é
considerada de importância para na inferência dos processos cognitivos.
Em sua proposta original, a causalidade de Granger utilizando o modelo VAR no
domínio do tempo não permite a discriminação da importância de cada freqüência no fluxo de
informação entre as áreas de interesse. Para superar esta limitação, Baccala e Sameshima (12)
introduziram o conceito de coerência parcial direcionada (PDC), que pode ser vista como uma
extensão da causalidade de Granger no domínio da freqüência. Utilizando-se a PDC é possível
discriminar quais são as freqüências em que há o maior fluxo de informação, e, portanto, esta
fornece mais inferências para a descrição do processo de interesse.
A PDC de y t para x t na freqüência λ é definida pela quantidade
p
− ∑ γ l exp( −2πlλi )
π y→ x (λ ) =
l =1
2
p
p
− ∑ γ l exp( −2πlλi ) + 1 − ∑ β l exp( −2πlλi )
l =1
2
(3)
l =1
e de forma análoga, a PDC de x t para y t é definida por
p
− ∑ θ l exp( −2πlλ i )
π x→ y (λ )=
l =1
p
2
p
− ∑ θ l exp( −2πlλ i ) + 1 − ∑ φl exp( −2πlλ i )
l =1
2
(4)
l =1
81
Neurociências
Assim, a PDC estimada para dois sinais amostrados consiste em substituir os coeficientes
do modelo VAR pelas suas respectivas estimativas. Embora seu cálculo pareça difícil, uma das
principais vantagens da PDC é sua fácil interpretação. O quadrado da PDC de y t para x t na
freqüência
2
λ , isto é, π y→ x (λ ) ,é um valor de zero a um, e pode ser interpretado como a
porcentagem da energia de y t nesta freqüência que está sendo enviada para x t . Assim, tem-se
uma medida com uma interpretação intuitiva para a avaliação do fluxo de informação entre áreas
distintas do cérebro.
Para maiores informações sobre as propriedades e implementação da PDC, vide (12,13).
6. Aplicação em EEG-RMf
O conjunto de dados apresentado a seguir é proveniente de um estudo de EEG-fMRI
simultâneo em um indivíduo em estado de vigília, com olhos fechados. A presença de ondas alfa
(8-12Hz) no córtex occipital de humanos neste estado é um fenômeno bem descrito na literatura.
Os objetivos deste experimento são: (i) avaliar quais são as áreas do cérebro, cujo sinal BOLD está
correlacionado com o EEG do córtex occipital, (ii) avaliar a conectividade entre as regiões parietal
e occipital pela análise dos dados de fMRI e de EEG.
Os dados de fMRI foram adquiridos no Hospital Israelita Albert Einstein de São Paulo,
utilizando um sistema de ressonância magnética Siemens 3T, bobina matrix de 12 canais, sendo
adquiridas imagens eco-planares em gradiente de ecos, matriz de 64 x 64, tempo de eco de 30ms,
tempo de aquisição de 900ms, tempo de repetição de 1800ms, gap de 900ms, 18 fatias e um total
de 450 volumes. O tempo de repetição utilizado teve objetivo de evitar artefato de “aliasing”
com freqüência cardíaca. Os sinais de EEG foram coletados utilizando um sistema BrainProducts,
com cap de 32 canais, compatível com o ambiente de ressonância magnética e taxa de
amostragem de 5000 Hz.
O pré-processamento dos dados de fMRI consistiu no realinhamento para correção de
movimento, correção por histórico de spin, correção por momento de aquisição das fatias e
normalização espacial para o espaço estereotático de Talairach e Tournoux. Os sinais de EEG
foram pré-processados para remoção do artefato de pulso de radiofreqüência e artefatos
cardiobalísticos, subamostragem para 250 Hz e filtrados utilizando um filtro passa-banda de 1 a
100 Hz.
A Figura 2 apresenta os voxels cujos sinais BOLD estão correlacionados com os canais O2
e P3 (p-valor<0,001). Nenhum voxel apresentou correlação significativa para os canais O1 e P4. É
importante ressaltar que, como esperado, os voxels correlacionados com O2 e P3 situam-se
respectivamente nos córtices occipital e parietal.
Assim, as áreas cerebrais com BOLD correlacionados com os sinais dos dois canais de EEG
puderam ser mapeadas. Em seguida, o ajuste de um modelo VAR foi feito nos dados de fMRI e
outro para os dados de EEG para identificar as estruturas de conectividade entre o córtex occipital
e parietal. No caso dos dados de fMRI, considerou-se a média do sinal BOLD dos voxels mapeados
como o sinal representativo da atividade desta região de interesse. Para os dados de EEG, foram
utilizados os sinais registrados nos canais O2 e P3.
Nos dados de fMRI, identificou-se causalidade de Granger apenas do córtex parietal para
o córtex occipital (p-valor<0,001) indicando a possível existência de uma modulação top-down.
Por outro lado, utilizando-se o EEG, verificou-se a presença de causalidade Granger tanto de O2
para P3 (p-valor<0,001) quanto de P3 para O2 (p-valor<0,001). Este resultado é bastante
interessante e confirma o que é de certa maneira esperado, dado que a resolução temporal do EEG
é muito superior em relação à do sinal BOLD.
Contudo, como visto nas seções anteriores, a discriminação na freqüência destes
resultados pode ser útil para obter mais informações sobre estes processos. Dessa forma, utilizou-se
a PDC para avaliar a distribuição da energia do fluxo de informação entre os dois canais, no
domínio da freqüência. A PDC de O2 para P3 e de P3 para O2 são apresentadas na Figura 3.
Note que a PDC de O2 para P3 evidência que a maior parte do fluxo de informações
nesta via está concentrada na banda alfa. Aproximadamente 98% da energia de O2 nesta
82
Desenvolvimento Tecnológico
freqüência está sendo enviada para o canal P3. A presença de ondas alfa no córtex occipital em
indivíduos em vigília com olhos fechados é amplamente descrita em estudos de EEG. Além disso, a
análise de PDC sugere que grande parte da energia nesta banda é transmitida do córtex occipital
para o córtex parietal, isto é, sugere uma modulação bottom-up. Por outro lado, a PDC de P3
para O2 está concentrada tanto nas ondas alfa quanto em beta, onde aproximadamente 30% da
energia nessas ondas são transmitidas para O2. Dessa forma, há evidências da presença de uma
modulação top-down, incluindo um possível retroalimentação na banda alfa.
A Figura 4 ilustra a análise da PDC variante do tempo, na qual os sinais originais foram
subdivididos em trechos de aproximadamente 4 segundos, e a PDC de cada trecho foi calculada.
Esta figura demonstra que os resultados descritos anteriormente são consistentes ao longo do
tempo, isto é, em toda a duração do experimento. Além disso, verifica-se que também há PDC
significativa em algumas freqüências mais altas, mas este resultado é intermitente, estando presente
apenas em alguns instantes de tempo.
7. Conclusão
Neste capítulo, introduziu-se alguns conceitos básicos relacionados à avaliação
quantitativa da conectividade e fluxo de informação cerebral. Devido a sua simplicidade, a
causalidade de Granger vem se tornando um conceito popular em estudos que envolvem a
identificação de estruturas de conectividade e interação entre diferentes módulos neurais. Assim,
introduziu-se o conceito de coerência parcial direcionada (PDC), a qual pode ser interpretada
como uma generalização da causalidade para o domínio da freqüência, obtém-se a decomposição
do fluxo de informação em diferentes tipos de onda (ex: alfa, beta). Como foi visto na aplicação
de dados de EEG-fMRI com aquisição simultânea, a PDC pode trazer diversas informações à tona,
permitindo uma melhor inferência e caracterização dos processos cognitivos.
Figura 1: Exemplo ilustrativo de um diagrama de conectividade
utilizando o conceito de causalidade de Granger e a equação (2).
83
Neurociências
Figura 2: Áreas cerebrais cujos sinais BOLD estavam correlacionados com os
sinais dos eletrodos O2 e P3.
Figura 3: PDC de O2 para P3 e de P3 para O2, considerando-se uma análise única para
toda a aquisição. Note-se que a PDC de O2 para P3 apresenta pico principal em torno de
20 Hz, enquanto que a de P3 para O2 concentra-se em freqüência mais baixa, 8 Hz, que
também pode ser constatado na Figura 4.
84
Desenvolvimento Tecnológico
Figura 4: PDC de O2 para P3 e de P3 para O2, considerando-se uma análise em diversos trechos de
aproximadamente 4 segundos para avaliar a evolução temporal do fluxo de informação. As cores
(do vermelho para o azul) representam a intensidade do PDC em cada instante de tempo (eixo das
abscissas) e cada freqüência (eixo das ordenadas). Note-se que a PDC de O2 para P3 apresenta pico
principal em torno de 20 Hz, enquanto que a de P3 para O2 concentra-se em freqüência mais baixa,
8 Hz.
85
Neurociências
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Baccalá LA, Takahashi YD, Sameshima K. Computer intensive testing for the influence
between time series. In Handbook of Time Series Analysis, 2006, 365-88. Berlin Wiley
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Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio financeiro recebido pelo projeto CInAPCe da FAPESP e ao Prof.
Dráulio B. de Araújo, Carlo Rondinoni e Márcio Sturzbecher pela aquisição e pré-processamento
dos dados de EEG.
86
Desenvolvimento Tecnológico
IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE LOCALIZAÇÃO ESPACIAL DE REGIÕES CEREBRAIS EM
TEMPO REAL PARA APLICAÇÃO DE TMS POR CO-REGISTRO COM FMRI
André A. S. Peres1; Oswaldo Baffa; Draulio B. de Araújo
1. Introdução
A primeira observação da possibilidade de que campos magnéticos pudessem interferir
nas funções cerebrais ocorreu em 1886 quando voluntários sujeitos a altos campos magnéticos
relataram a ocorrência de fosfenas, que são flashes luminosos pontuais no campo visual.
Por outro lado, em 1981 um grupo de pesquisa comandado por Morton constrói um
aparelho de estimulação elétrica. No entanto, essa técnica é muito inconveniente, uma vez que
também estimula as fibras responsáveis pela dor no escalpo. Deste modo, as pesquisas
continuaram, até que no dia 2 de fevereiro de 1985, outro pesquisador, Anthony Barker (1),
estimulou o cérebro do próprio Morton com o que chamou de estimulação magnética
transcraniana (TMS do Inglês Transcranial Magnetic Stimulation), desta vez sem causar dor.
Desde então a TMS vem abrindo importantes possibilidades de utilização como
instrumento clínico e de pesquisa em neurofisiologia, o número de aplicações e trabalhos
publicados vem tendo um crescimento intenso nos últimos anos. No entanto, a baixa resolução
espacial dessa técnica vem impondo algumas dificuldades à estimulação de pequenas regiões
cerebrais e regiões profundas.
A baixa resolução espacial é devida a dois fatores predominantes: a grande dimensão da
bobina do aparelho de TMS, se comparada às regiões a serem estimuladas, e à característica
dipolar dos campos magnéticos, que faz com que surjam linhas de campo divergentes, como pode
ser observado na figura 1.
Figura 1 – Perfil de campo magnético. (a) Esquema de campo formado por uma corrente elétrica passando
por uma espira. (b) Perfil de disposição de limalha de ferro e de bússolas na presença de um campo
magnético produzido por um imã permanente. Imagem retirada do site http://www.school-forchampions.com/science/magnetic_detection.htm.
Ao contrário do que possa parecer, a estimulação cortical não é causada diretamente
pelos altos campos magnéticos, mas sim pelos campos elétricos induzidos, em decorrência da
variação do fluxo magnético. Dessa forma, para que ocorra a despolarização de um grupo de
neurônios é necessário não apenas campos magnéticos de alta intensidade, mas também que os
mesmos apresentem uma grande variação temporal, como estabelecido pela Lei de Faraday (Eq.
1).
( )
∇ ∧ E r, t =
( )
∂
B r, t
∂t
(1)
Endereço para correspondência: André Salles Cunha Peres - e-mail: [email protected] ou
[email protected] - Rua Tapajós 135 - CEP 14055-090, Alto do Ipiranga, Ribeirão Preto - SP
1
87
Neurociências
sendo E o campo elétrico, B o campo magnético, r vetor posição espacial e t o tempo.
Para a produção desse campo é necessário que se tenha uma descarga de corrente elétrica
de alta intensidade, com variação de sua intensidade da ordem de milhares de amperes (kA) em
um intervalo de tempo de microssegundos (μs). Para que tal descarga aconteça, os fios que
compõe a bobina devem apresentar baixa resistência elétrica e suportar elevadas correntes, com
isso os fios que compõe as bobinas de TMS apresentam diâmetros da ordem de centímrtros.
Por fim, devemos levar em conta o número de espiras. Quanto maior esse número,
maior será o campo magnético produzido para uma mesma corrente elétrica. No entanto, o
aumento do número de espiras está aliado também ao aumento da resistência e da indutância,
como a indutância para esse tipo de bobina aumenta com numero de espiras elevado ao quadrado
(N2) e resistência linearmente com N, temos que por conseguinte a constante de tempo da bobina
τ=L/R irá aumentar, diminuindo a taxa de variação do campo magnético. Isso faz com que as
bobinas de TMS apresentem um pequeno número de espiras, colaborando mais uma vez para que
se tenham elevadas correntes passando por ela.
Uma possibilidade para amenizar a baixa resolução espacial é a utilização de
conformações de bobinas que privilegiem a focalização do campo elétrico induzido (2). Uma das
conformações mais utilizadas é a da bobina em forma de “8” ou “butterfly”. Essa bobina é
composta por dois enrolamentos dispostos lateralmente de tal forma que as correntes circulem em
sentidos opostos. Assim, no ponto de intersecção dos dois enrolamentos o campo elétrico
induzido terá intensidade dobrada devido à contribuição das correntes provenientes dos dois lados
da bobina. Uma radiografia da bobina “butterfly” pode ser visualizada na figura 2.
Figura 2 – Radiografia da bobina
em forma de “8”. A região mais
clara é a imagem do fio que a
compõe.
A figura 3 mostra um esquema de correntes e pulsos magnéticos produzidos pelas
bobinas em forma de 8 e circulares, bem como os respectivos campos elétrico induzidos.
(a)
(b)
Figura 3 – (a) Esquema de corrente na bobina em forma de 8, bem como a
intensidade de campo produzida pelo pulso magnético sob toda a extensão da
bobina; em baixo a representação espacial da intensidade do campo elétrico
induzido. (b) Mesmo esquema para a bobina circular.
88
Desenvolvimento Tecnológico
É possível realizar medidas físicas do campo magnético produzido pela TMS, realizando
sua caracterização espacial e temporal, bem como a variação do campo função da distância. Uma
possibilidade é realizar a medida direta do pulso magnético produzido pelo aparelho de TMS
utilizando uma bobina de indução (“search coil”), captando tanto a variação temporal quanto
espacial do pulso. As bobinas detectoras podem apresentar pequena dimensão e pequeno número
de espiras, diminuindo assim os efeitos de atenuação do sinal.
No entanto, para se adquirir o pulso de TMS é preciso um aparelho com uma taxa de
aquisição da ordem de Megahertz por canal, uma vez que o sinal apresenta uma componente
rápida da ordem de microssegundos. Abaixo, na figura 4, seguem alguns gráficos da caracterização
de uma bobina em forma de “8” para um aparelho de TMS comercial.
1,6
Comportamento linear
Medidas proximas à fonte
1,4
1,2
B (T)
1,0
Decaimento em função de potência.
a
x / a<0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
-0,2
0
20
40
60
80
100
120
140
R (mm)
Figura 4 – Da esquerda para a direita temos um mapa de isocampo em unidades de campo (T), a
variação temporal em segundos e o decaimento do campo magnético em função da distância.
Contrastando com a TMS, a técnica de imagem por ressonância magnética funcional
(fMRI) apresenta uma melhor resolução espacial, porém uma baixa resolução temporal. A fMRI
produz mapas estatísticos de atividade cerebral gerados a partir de respostas hemodinâmicas de
regiões que apresentam atividade neuronal (3, 4). Portanto fornecem uma medida indireta da
atividade neuronal, visto que essa medida reflete mudanças no aporte de oxihemoglobina na rede
capilar que irriga os tecidos excitados (para o leitor com maior interesse nessa técnica, veja a
referência (5).
Desta forma para nos beneficiarmos das vantagens das técnicas de TMS e fMRI é necessário fazer o
seu corregistro (6), e uma das técnicas computacionais que permite essa operação é a
neuronavegação.
2. Neuronavegação
A neuronavegação é uma técnica de neuroimagem que se utiliza de reconstruções
volumétricas de imagens tomográficas de cabeça para a visualização de estruturas específicas como,
por exemplo, regiões cerebrais como o giro pré-central e o hipocampo (7).
Para encontrar essas estruturas, os algoritmos de neuronavegação se utilizam de
ferramentas gráficas como segmentação da imagem, rotação do volume e interpolação dos voxels,
de forma que o operador consiga visualizar ou isolar determinada estrutura com facilidade,
tornando possível manusear esse objeto virtual com a maior proximidade de um objeto real (8).
Outra característica importante da neuronavegação é o corregistro da posição da imagem, i.e.,
objeto virtual, com a posição do voluntário, que pode ser tratado com objeto real.
Esse corregistro pode ser efetuado através de marcas a serem encontradas, tanto no
objeto real como no virtual. Em geral são utilizados como marcadores pontos estereotáxicos (9).
Todo objeto virtual existe dentro de um sistema fixo de coordenadas, que pode ser representado
pela posição de um dado voxel na imagem, ou melhor dizendo, a posição da célula na matriz
tridimensional na qual o objeto virtual está armazenado.
Já para adquirir a posição do objeto real é necessário primeiro criar um sistema de
coordenadas no qual ele seja representado. Esse sistema pode ser extremamente simples como um
apoiador de cabeça que a imobilize e com réguas para fazer leitura do espaço, ou se utilizar de
tecnologia de rastreamento espacial como detectores eletromagnéticos e ópticos que são sensíveis
nos seis graus de liberdade.
89
Neurociências
Em geral é muito mais cômodo e preciso utilizar-se de sistemas de rastreio, pois, além de
evitar a fixação da cabeça dos voluntários, os rastreadores são digitalizados e podem ser
conectados a computadores. Dessa forma, a posição encontrada pelos rastreadores pode alimentar
diretamente os programas de neuronavegação e, com isso, as posições encontradas no objeto real
podem ser corregistradas ao objeto virtual, em tempo real.
É possível também aliar à neuronavegação, imagens funcionais. Dessa forma, ao localizar
uma posição sob o escalpo podemos, além de conhecer as estruturas anatômicas, conhecer
também a funcionalidade daquela região.
Assim é possível criar um sistema, de forma que se conheça a posição da intensidade do
campo magnético produzido pelos pulsos de TMS em relação ao mapa funcional. Para facilitar o
posicionamento da bobina sobre o escalpo pode ser utilizado um sistema de coordenadas para o
crânio dos voluntários.
Para realizar o co-registro da posição real de um sujeito com sua respectiva imagem,
podemos considerar que o crânio não sofrerá deformações no procedimento de aplicação de TMS,
podendo ser tratado como um corpo rígido, resumindo o problema de co-registro a um problema
simples de mudança de coordenadas. Neste, é preciso encontrar os valores de mudança de base do
sistema E para o sistema F (M) e a posição da origem sistema F em ralação a E (O’).
Podemos considerar que o sistema E representa os valores do localizador espacial, sendo
a sua origem a posição central do emissor. Tomamos então como sistema de coordenas F as
posições dos pixels das imagens de MPR, no qual podemos considerar que sua origem se encontra
no canto superior esquerdo. A equação 2 traz a relação da mudança de coordena de E para F.
XE - O’ = M.UF,
(2)
sendo XE as coordenadas do vetor posição em relação ao sistema Real, O’ é a origem do
sistema da imagem em relação ao sistema Real, M é a matriz mudança de base e UF são as
coordenadas dos pontos na imagem em relação ao sistema da imagem.
Dessa forma, se forem coletados pelo menos três pontos reais e seus correspondentes
virtuais, é possível encontrar uma matriz M, de mudança de base, que leve da posição real para as
coordenadas da imagem. Para tanto, marcas fiduciais como os tragos auriculares e a fossa nasal
podem ser utilizadas.
Uma vez que se conhece M e O’, é possível realizar varreduras sobre o escalpo do
voluntário com uma sonda de rastreio espacial, e transformar esses valores para coordenadas da
imagem, e nesse ponto mostrar um indicador, de forma que o operador possa visualizar sob quais
estruturas se encontra a sonda. Logo, quando a sonda for posicionada sobre o centro da atividade
encontrado pela fMRI, esse ponto deve ser marcado, assim como regiões adjacentes, de forma que
torna conhecida posições do escalpo sobre o córtex de interesse.
Um exemplo clássico de mapeamento cortical é o de córtex motor. Nesse tipo de
mapeamento é possível um bom co-registro entre as técnicas de fMRI e de TMS (10), uma vez que
é possível quantificar a resposta a um estimulo de TMS com o auxilio de um eletromiógrafo
(EMG).
Os mapas de TMS são essencialmente o resultado da despolarização de um grupo de
neurônios sobre a ação do campo elétrico induzido. Essa despolarização pode se propagar e, se for
o caso de um córtex motor, seguir pelo trato corticoespinal e chegar até o músculo relacionado a
esse córtex, causando sua contração. A esse potencial induzido, medido pelo EMG, da-se o nome
de MEP (do inglês: motor evoked potencial).
No mapeamento por TMS parte-se do pressuposto de que regiões cerebrais estimuladas
com a mesma intensidade de campo e que apresentem maior MEP tem mais afinidade com o
músculo em questão, melhor dizendo estão mais próximas do centro de atividade. Desta forma,
uma vez que é definido um centro de atividade devem ser realizadas varreduras nas regiões
adjacentes e lhes atribuir valores de intensidade de MEP. Assim os mapas de atividade da TMS são
medidas de intensidade de MEP.
Assim se o protocolo utilizado nas fMRI for, por exemplo, o de mexer os dedos (finger
tapping) (11), teremos mapas de atividade do córtex motor da mão. Se fixarmos um eletrodo do
EMG sobre o músculo abdutor do polegar, é possível captar os valores de MEP devido à aplicação
90
Desenvolvimento Tecnológico
de um pulso magnético sobre o córtex motor. Esse músculo é geralmente escolhido devido à
facilidade de posicionamento do eletrodo sobre ele e também à sua grande área de representação
cortical.
Na TMS, a intensidade do estimulo varia para cada sujeito, uma vez que a anatomia é
individual, de modo que se encontrará diferentes espessuras de calota craniana, quantidade de
cabelo e variações no posicionamento do córtex motor, entre os sujeitos.
Dessa forma, é necessário se estabelecer uma norma de qual intensidade o pulso de TMS
deve assumir, sendo que na literatura valores entre 110% a 120% do limiar motor são muito
utilizados (12). O limiar motor pode ser definido como a intensidade mínima que faz com que o
sujeito apresente no mínimo 5 MEP de 10 pulsos aplicados em seu centro de atividade (hot spot)
(13).
Uma vez definida a intensidade de estimulação, é necessário aplicar vários pulsos e
coletar seus respectivos MEPs para cada ponto, e deles realizar uma média, uma vez que os valores
de MEPs são muito variáveis.
Uma das formas de se analisar a funcionalidade cortical através da TMS é pelo
levantamento de curvas de intensidade de MEP em uma direção, em detrimento a mapas de cores
de uma região, como tradicionalmente é mostrado nos exames de fMRI. Desta forma, os
resultados são dispostos unidimensionalmente, ao invés de mapas bidimensionais.
Essa representação é interessante no mapeamento por TMS pois os exames são muito
longos e cansativos, assim para realizar um mapeamento de uma região quadrada de 25 cm2, para
cobrir toda a área com variações de 1 cm seriam necessários 25 pontos de estimulação, o que seria
extremamente cansativo tanto para o operador quanto para o voluntário. No entanto, se for
levantada apenas uma curva em uma das direções, passando pelo centro de atividade, seriam
necessários apenas 5.
Desta forma pode ser realizado um mapeamento longitudinal, o qual segue uma
tendência de corte axial, e transversal, que segue a linha de cortes coronais.
Nesse tipo de análise é comum encontrar dois picos de intensidade de MEP por meio do
mapeamento longitudinal, e um único pico para o mapeamento transversal. Isso é mais uma
evidência da especificidade dos mapeamentos por TMS, pois os mapas neuroanatômicos funcionais
mostram que uma estimulação sobre uma linha transversal, estaria predominantemente sobre o
córtex motor primário, enquanto em uma linha longitudinal estariam compreendidos os córtices
pré-motor e somatosensorial, além do próprio motor primário.
Quando montamos, então, as curvas obtidas pela TMS com as imagens de fMRI,
notamos que existe uma grande correlação entre as duas técnicas, como pode ser observado na
figura 5.
91
Neurociências
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 5 – fMRIs de um voluntário demonstrado a área motora ativada pelo protocolo de “finger
tapping”. (a) Imagem coronal; (b) imagem sagital; (c) imagem axial; (d) curva de intensidade de
MEP provocado pela TMS pela distância. A linha vertical indica a posição central entre os máximos
de atividade encontrados nas fMRIs.
3. Aplicações
3.1. Epilepsia
Nos casos de epilepsias de difícil controle, em que o paciente continua a ter crises
regulares mesmo estando submetido a tratamento medicamentoso, o tratamento cirúrgico passa a
ser uma possibilidade. Nestas, são realizadas cirurgias para a retirada do tecido epileptiforme, que
pode ser chamado de foco epilético.
Para a ressecção dessas áreas é preciso saber quais funcionalidades o paciente poderá vir a
perder. Dessa forma, alguns testes de funcionalidade cerebral podem ser realizador por meio da
fMRI (14) e o teste Wada (15), sendo que este é tido como o exame padrão. Outro método
tradicional é a eletro-estimulação cortical com aplicação intra-operatória.
De forma complementar, o mapeamento motor produzido em um exame de TMS pode
trazer informações importantes sobre a organização cortical do paciente que se aproxima muito da
eletro-estimulção cortical, no entanto, sem a necessidade de craniotomia (16).
92
Desenvolvimento Tecnológico
Também é possível realizar exames de lateralização de linguagem com a rTMS, como
mostrou um estudo comparativo entre o teste Wada e a utilização de rTMS de Jennum et al. (17).
Atualmente, ainda, existem estudos da aplicação da TMS em pacientes com epilepsia
focal na tentativa de diminuir o número de crises, com aplicação de rTMS de baixa freqüência
sobre os focos epiléticos (18), diminuindo a atividade elétrica dessas regiões. Também têm sido
realizados, com bastante freqüência, estudos de medida de excitabilidade cortical em pacientes
portadores de epilepsia (19, 20).
3.2. Acidente Vascular Cerebral
Outra aplicação clínica importante da TMS, nos últimos anos, acontece em pacientes que
sofreram de um acidente vascular cerebral (AVC). Após a ocorrência de um AVC é de extrema
importância acompanhar os fenômenos de plasticidade que ocorrem no cérebro, principalmente
para se obter informações sobre os desempenhos das técnicas de tratamento utilizados nos
pacientes (21, 22).
Nesse sentido são realizados principalmente mapeamentos motores com exames de fMRI
(23, 24). No entanto, é sabido que esses exames respondem à uma variação hemodinâmica, que
no paciente com AVC pode se comportar de uma maneira diferente daquela observada em um
voluntário normal, e, com isso, impossibilitando afirmar com certeza se os resultados obtidos são
respostas de atividade ou apenas artefatos.
Nesse contexto o exame de TMS, que também possibilita o levantamento de mapas
funcionais motores, no entanto como uma forma de medida direta de atividade cerebral, aparece
como uma possibilidade atraente de investigação (25). Mais que isso, alguns estudos indicam que
os exames de fMRI identificam todas as áreas correlatas com a atividade motora, e os exames de
TMS trazem informação apenas de regiões que possuem projeções corticoespinais (26), sendo este
portanto mais específico.
3.3. Considerações finais
A utilização das técnicas de neuronavegação em imagens funcionais trás uma grande
colaboração para a aplicação de TMS, principalmente na localização do hot spot de algumas áreas
eloqüentes do cerebro. Com isso é possível afirmar que as imagens neuronavegadas são uma boa
alternativa para auxiliar na localização de regiões cerebrais, não apenas reduzindo o tempo de
aplicação do exame de TMS, como também melhorando sua precisão.
No entanto, o estabelecimento de controle quantitativo em medidas espaciais 3D é
complexo e só recentemente começa a ser estudado. As fontes de imprecisão são inúmeras devido
a fatores externos como a movimentação do sujeito e variações no posicionamento da bobina
estimuladora, mas são devidos também a fatores intrínsecos do sistema, como a precisão do
sistema de ratreio e das imagens utilizadas.
Além disso, e tão importante quanto, é o fato que estamos comparando fenômenos
fisiológicos relacionados, porém não idênticos. A fMRI reporta a resposta hemodinâmica cerebral
devido ao movimento voluntário dos dedos da mão (resposta aferente), enquanto que os MEPs
fornecem informações sobre o grau de recrutamento de fibras musculares por um estímulo no
córtex (resposta eferente).
Nota-se, portanto, que a combinação de diferentes técnicas de neuroimagens funcionais é
bastante desejável, uma vez que cada uma delas possui características específicas próprias.
93
Neurociências
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95
Neurociências
96
Desenvolvimento Tecnológico
PROCESSAMENTO, VISUALIZAÇÃO E ANÁLISE DE IMAGENS ANATÔMICAS DO CÉREBRO
HUMANO
Alexandre X. Falcão1; Felipe P. G. Bergo; Fernanda Favretto; Guilherme Ruppert; Paulo Miranda;
Fabio Cappabianco
1. Introdução
O imageamento por ressonância magnética (RM) é uma das técnicas mais utilizadas para
se estudar o cérebro humano, possibilitando diferentes modalidades de aquisição (e.g., imagens T1
e T2 para o estudo de estruturas anatômicas, angiografia por ressonância magnética para o estudo
de artérias, espectroscopia por ressonância magnética para o estudo do metabolismo,
imageamento por difusão para o estudo da conectividade, e o imageamento funcional para o
estudo da atividade cerebral).
O processamento envolve o melhoramento da qualidade da imagem, a combinação de
imagens de uma mesma modalidade e de imagens de modalidades diferentes (registro), a
segmentação de tecidos (e.g., substâncias cinzenta e branca), fenômenos (e.g., derrame e lesões) e
estruturas anatômicas (e.g., cérebro, cerebelo, hipocampos, núcleos caudados), e a extração de
informações de textura e forma para análise (1,2,3,4). A visualização engloba a modelagem, a
manipulação dos modelos, o rendering de imagens, e a animação em vídeo, permitindo a análise
visual de fenômenos, estruturas e tecidos do cérebro na tela do computador (5). A análise
contempla a quantificação, comparação entre imagens, análise estatística de medidas, técnicas de
agrupamento (clustering) e a classificação de padrões (6). A combinação dessas operações
possibilita o estudo por computador do cérebro humano para fins de diagnóstico, tratamento,
simulação de procedimentos, educação médica e acompanhamento de doenças (7).
Este capítulo descreve as técnicas e alguns dos principais desafios de pesquisa em
processamento, visualização e análise de imagens anatômicas do cérebro humano.
2. Aquisição das Imagens
O imageamento do cérebro por RM gera uma seqüência de imagens de fatias paralelas,
cobrindo normalmente as regiões da cabeça e pescoço. O empilhamento dessas fatias no
computador forma um volume (imagem tridimensional) onde os pixels são denominados voxels
(volume element).
Imagens anatômicas podem ser, por exemplo, ponderadas em T1, adquiridas na direção
sagital, e com voxels de dimensões 0.98 × 0.98 × 1.5 mm3. O espaçamento maior entre as fatias
sagitais (Figura 1a) distorce a visualização de fatias coronais e axiais (Figuras 1b e 1c). A
interpolação (7) das imagens para voxels cúbicos (e.g., 0.98 × 0.98 × 0.98 mm3 ), por exemplo, é
uma das primeiras operações de processamento de imagens aplicada para corrigir distorções nas
visualizações planar e volumétrica (Figuras 1d-1f).
O ideal seria fixar um protocolo de aquisição para cada estudo, com voxels mais
próximos quanto possível de voxels cúbicos e cobrindo apenas a região de interesse no cérebro. A
qualidade das imagens cai com o tempo de aquisição, então isto possibilitaria imagens de melhor
qualidade em um tempo menor de aquisição. O desajuste frequente do equipamento de RM e
possíveis movimentos do paciente também dificultam a obtenção de imagens padronizadas e de
boa qualidade.
1
Endereço para correspondência: Alexandre Falcão - e-mail: [email protected] - Av. Albert Einstein 1.251, CEP
13083-852, Campinas, SP
97
Neurociências
(a)
(d)
(b)
(e)
(c)
(f)
Figura 1: Cortes (a) sagital, (b) coronal, e (c) axial de uma imagem de RM-T1, com a indicação de alguns tecidos e
estruturas cerebrais em (a): substâncias cinzenta e branca, líquido cérebro-espinhal (l.c.e.), núcleo caudado,
cerebelo, e tronco. Cortes (d) coronal e (e) axial após interpolação. (f) Empilhamento das fatias formando a
imagem 3D com a indicação dos três planos principais.
A aquisição gera, portanto, imagens com ruído aleatório, falta de uniformidade de
intensidade de voxel (voxels de substância cinzenta podem ter mesma intensidade que voxels de
substância branca em diferentes regiões do cérebro), movimento, e volume parcial (voxels com
múltiplos tecidos, e.g.: sustância cinzenta e líquido cérebro-espinhal), e outros artefatos. Tudo isso
gera um grande desafio para o processamento das imagens.
3. Processamento
Técnicas de interpolação, filtragem, realce, coloração, restauração, compressão e extração
de características de imagens médicas podem ser encontradas em livros básicos de processamento
de imagens (1,2,3,4). Esta seção apresenta dificuldades e técnicas mais específicas da área.
3.1 Correção de não-homogeneidade
Uma característica da imagem de RM é a falta de uniformidade na intensidade dos
voxels, devido à não-homogeneidade do campo magnético. Isto gera variações na intensidade dos
voxels em um mesmo tecido, fazendo também com que voxels de tecidos diferentes apresentem
mesma intensidade (Figura 2a). As Figuras 2b e 2c ilustram a correção de não-homogeneidade por
uma técnica descrita em (8). Muito embora existam programas com técnicas de correção de nãohomogeneidade, tais como N3 (9), SPM2 (10), e outros disponíveis nos equipamentos de RM, o
problema persiste como alvo de investigações mais recentes (11,12,13,14).
98
Desenvolvimento Tecnológico
(a)
(b)
(c)
Figura 2: (a) As marcas indicam voxels com mesma intensidade de brilho, sendo
um de substância branca e outro de substância cinzenta. Imagem (b) antes e (c)
depois da correção de não-homogeneidade.
A não-homogeneidade e outros problemas inerentes da aquisição por RM também fazem
com que imagens adquiridas em instantes diferentes, mesmo que sejam de um mesmo indivíduo,
em um mesmo equipamento e usando um mesmo protocolo de aquisição, apresentem essas
variações de intensidade. A padronização das intensidades para diferentes aquisições e a correção
da não-homogeneidade podem ser combinadas de diferentes formas, com implicações importantes
para outras etapas do processamento das imagens (12).
3.2 Alinhamento baseado no plano médio-sagital
Outro problema importante no processamento de imagens do cérebro está relacionado
ao alinhamento do cérebro na imagem. O cérebro humano apresenta uma simetria bilateral
aproximada, onde as estruturas presentes em um dos hemisférios apresentam estruturas
correspondentes no outro hemisfério, com forma e localização similares. Os hemisférios são
separados pela fissura longitudinal e o plano que passa por essa fissura (ao menos inclui a maior
parte dela) é conhecido como plano médio-sagital (Figura 3). A localização deste plano é
desconhecida, pois a aquisição das imagens de RM é realizada sem um posicionamento
determinado e preciso do cérebro do indivíduo. Muito embora a superfície de separação não seja
planar de fato, a localização deste plano e conseqüente alinhamento do cérebro (rotação e
translação da imagem 3D), de forma que o plano coincida com um dos três planos principais da
imagem (Figura 3), é fundamental para facilitar outras etapas do processamento (15,16) e para a
análise de assimetrias (17,18).
As técnicas para localização do plano médio-sagital se dividem em duas abordagens. A
primeira (19,20,21,22,23) busca localizar a fissura longitudinal e encontrar o plano que melhor se
aproxima dessa fissura. A segunda (24,25,26,27,28,29,30,31,32) busca o plano que maximiza a
simetria bilateral do volume. Em ambos os casos, técnicas de segmentação do cérebro podem ser
usadas para eliminar a influência de informações fora da região de interesse, tais como pescoço,
crânio, ruídos de fundo, e de lesões ou partes removidas do cérebro (33,19). Revisões
bibliográficas extensas sobre esses métodos podem ser encontradas em (25,22,23,30).
Figura 3: Imagens da cabeça e do cérebro indicando os
hemisférios cerebrais e o plano médio-sagital.
99
Neurociências
O processamento automático das imagens de RM é inviável para todas as etapas, mas o
envolvimento do usuário pode ser minimizado e até evitado em alguns casos. A determinação
automática do plano médio-sagital, por exemplo, é viável e funciona na maioria dos casos, mas
dependendo da técnica, diferentes protocolos de aquisição, falhas de segmentação, assimetrias
acentuadas, causadas por cirurgias ou lesões, podem afetar o resultado. A Figura 4 ilustra exemplos
da determinação do plano médio-sagital em imagens patológicas, usando a técnica descrita
em (19). Note que a superfície de separação entre os hemisférios não é perfeitamente planar, o
que torna igualmente importante a pesquisa em técnicas automáticas de segmentação dos
hemisférios cerebrais (Figura 5).
Figura 4: Imagens patológicas de fatias, onde o plano médio-sagital está representado por uma
linha.
A segmentação e o registro de imagens médicas são duas operações de processamento
que merecem uma atenção especial, pela dificuldade de execução automática, de forma eficiente,
precisa e exata, e necessidade na maioria das aplicações.
3.3 Segmentação
A segmentação de estruturas cerebrais envolve a localização aproximada da estrutura na
imagem (reconhecimento) e a definição precisa de sua extensão espacial (delineamento). O usuário
supera o computador no reconhecimento, enquanto o oposto pode ser verificado no
delineamento. Enquanto a localização de uma estrutura pode ser reduzida à seleção de poucos
voxels sementes em sua borda (34,35) ou marcadores em seu interior (36,37), o delineamento
pode ser inteiramente automático. Um aspecto controvertido é que mesmo reconhecendo-se a
incapacidade do usuário de delinear uma estrutura tridimensional de forma precisa, a segmentação
manual por um ou vários especialistas ainda continua sendo utilizada para gerar o padrão-ouro na
avaliação de métodos de segmentação. Ao menos, técnicas que buscam minimizar a intervenção
do usuário (34,35,36,37) poderiam ser utilizadas na geração do padrão-ouro, ou a avaliação da
segmentação poderia ser feita por múltiplos especialistas, após a segmentação, através de
verificações e correções interativas. Estes aspectos sobre avaliação de métodos de segmentação,
inclusive levando em conta diferentes modalidades, constituem um tópico importante de
pesquisa (38).
100
Desenvo
olvimento Teccnológico
Figgura 5: Seqüên
ncia de segm
mentações com
m o
mo
odelo propo
osto em (16), que segmeenta
priimeiro o (a) cérebro
c
sem tronco
t
e medu
ula,
(b--c) depois iso
ola o cerebelo do resto do
cérrebro, e por fim (d) separra os hemisférios
cerrebrais.
A segmenttação autom
mática é viável quando existem
e
informações a p
priori que ajudam na
utura (33,36
6) ou quand
do possíveiss variações de forma d
de uma estrutura de
localizaçção da estru
interessee podem serr aprendidass e substituíd
das por um modelo (39
9,40,41,42,4
43,44,16). A segunda
abordag
gem é mais robusta e in
nteressante. No entanto
o, a maioria das abordaagens requerr registro
tanto no
o aprendizad
do como du
urante a seg
gmentação (39,40,41,42
2,45,43,44), o que podee levar a
erros em
m estruturas com formas mais comp
plexas. Uma
a técnica, deenominada n
nuvem (16), que não
requer registro
r
é ex
xemplificada na Figura 5.
5 O método
o é aplicado
o sucessivamente para seegmentar
primeiro
o o cérebro sem tronco e medula, depois
d
separrar o cerebello do restante do cérebrro, e por
fim os hemisférios ceerebrais. Este método uttiliza um mo
odelo discretto de forma para cada estrutura,
e
a
um
ma região dee incerteza (voxels cinzeentos) entre o interior e o exterior, dando o
o qual apresenta
aspecto de uma nuv
vem (Figuraa 6a). Para cada posição
o da nuvem na imagem, voxels da fronteira
da regiãão de incertteza compettem entre si e definem
m dentro dela uma estrutura candid
data por
crescimeento ótimo de
d regiões (4
46). Uma fu
unção de av
valiação atrib
bui uma notta para a localização
(centro) da nuvem,, que indicaa a probabillidade da esstrutura resu
ultante ser o objeto procurado.
s
po
orque as ima
agens são
Escolhe-se a estruturra com a maaior nota. O processo leeva poucos segundos
alinhadaas pelo plaano médio-ssagital, restringindo a busca paraa localizaçõ
ões neste plano. As
Figuras 6b6 6c ilustraam o métod
do no plano de uma fatia coronal (ccaso 2D), mo
ostrando as sementes
internas e externas da região de
d incerteza para a loca
alização da maior
m
nota, respectivam
mente. O
o da segmen
ntação no caaso 3D é sim
milar ao obtid
do na Figuraa 5 para o ceerebelo.
resultado
(a)
(b)
(c)
Figgura 6: (a) Mo
odelo discreto para a formaa de um cereb
belo em 2D. (b)
( Sementes iinternas e exteernas
usadas para o delineamento
d
que gera a lo
ocalização mais provável. (cc) Imagem de uma fatia corronal
co
om as notas dee todas as localizações candidatas. A localização em (b) é a do ponto mais claro.
Infelizmentte, a nuvem
m de forma não se aplicca à segmen
ntação de su
ubstâncias cinzenta e
ade de segm
mentação inteerativa para
a gerar as
branca, devido à faalta de padrãão de formaa e dificulda
aso, outras téécnicas baseaadas em classsificação
máscaras binárias dee treinamentto do modeelo. Neste ca
101
Neurociências
de padrões e informações a priori, quase sempre obtidas pelo registro da imagem com uma
imagem modelo pré-segmentada (e.g., por limiarização interativa) em um espaço padrão, ou
mapa de probabilidades obtido de várias segmentações no espaço padrão (atlas), têm sido
utilizadas (47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57). Apesar do criticismo sobre o uso de atlas em
análise de imagens médicas (58,59), o registro da imagem com o atlas serve como inicialização
para uma segmentação mais refinada de substâncias cinzenta e branca (47,50,49,51,53,56).
Algumas técnicas também têm obtido bons resultados preliminares sem o uso de atlas e em poucos
minutos de processamento (60,8) (Figura 7).
(a)
(b)
(c)
Figura 7: Exemplo de segmentação de um cérebro. A partir da imagem inicial (a), aplica-se a segmentação do
cérebro (33), seguida de correção de não homogeneidade (8), e por fim classifica-se (b) a substância
cinzenta e (c) a substância branca.
4. Registro
O registro de imagens é o processo que realiza o alinhamento de duas ou mais imagens,
transformando seus sistemas de coordenadas em um sistema único de coordenadas espaciais (61).
O registro é necessário para possibilitar a comparação ou integração de imagens. Conforme visto
na seção anterior, o registro com um atlas ou modelo também é útil para segmentação. Outras
aplicações envolvem visualização de alterações anatômicas ou fisiológicas ao longo do tempo,
planejamento de radioterapias, e análise quantitativa de diferenças entre imagens.
A Figura 8 apresenta um exemplo de registro rígido pela técnica (62) entre imagens de
RM do cérebro de um paciente de epilepsia, obtidas antes e após procedimento cirúrgico. As
Figuras 8(a) e 8(c) mostram os cérebros antes do registro, enquanto que as Figuras 8(b) e 8(d)
mostram os cérebros após o registro rígido. Este tipo de registro se aplica para a análise de imagens
de um mesmo indivíduo ao longo de um tratamento, mas pode ser também utilizado como
primeira etapa para o registro deformável e para registrar uma estrutura que se encontra em um
hemisfério cerebral com sua correspondente no outro hemisfério (Figura 9), possibilitando a
análise de assimetrias.
102
Desenvolvimento Tecnológico
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 8: Imagens de um paciente pré- e pós-cirurgia de remoção de parte do cérebro. O cérebro antes da
cirurgia é representado pela cor azul. A cor púrpura representa o cérebro após a cirurgia, e a intersecção
entre eles aparece em vermelho. (a) Contornos dos cérebros antes do registro e (b) após o registro. (c)
Rendering translúcido dos cérebros (c) antes e (d) após o registro.
(a)
(b)
Figura 9: Rendering dos ventrículos laterais direito (azul) e esquerdo (púrpura) (a) antes e (b) depois
(rendering translúcido) do registro.
O processo de registro resume-se na identificação de uma função de mapeamento de
voxels, que realiza o alinhamento de uma imagem fonte ou origem (móvel), em relação à outra
imagem referência ou destino (fixa), de modo que os voxels das imagens resultantes estejam no
sistema de coordenadas da imagem fixa. O problema pode ser dividido nos seguintes
componentes (63):
1. Características de imagem: O sucesso do registro depende de qual propriedade de
imagem será utilizada para avaliar uma função de mapeamento. Exemplos são:
• Intensidade dos voxels (64,65,66) e outras características que podem ser extraídas
da intensidade (e.g., invariantes de momento, gradientes, coeficientes de Fourier);
103
Neurociências
• Contornos ou superfícies de estruturas pré-segmentadas nas imagens (67,68);
• Pontos de interesse tais como saliências das estruturas (69,70), pontos de máxima
variância (71), centros de regiões fechadas (61), e intersecções de bordas de
interesse (72). Os pontos de interesse também podem ser obtidos por marcação
manual de um especialista.
2. Espaço de busca: A função de mapeamento depende de parâmetros que podem variar
em determinados intervalos, definindo um espaço de busca para os valores desses
parâmetros. A função de mapeamento é dita global, quando é aplicada a todos os voxels
(e.g., transformações rígidas (62) e afins com deformação de escala), e é dita local,
quando define mapeamentos diferentes para subregiões da imagem (e.g., transformações
obrigatoriamente deformáveis, que envolvem estimação de parâmetros por
subregião) (73,74,75).
3. Medida de similaridade: A avaliação do mapeamento é feita por uma medida de
similaridade entre as imagens após o registro, a qual leva em conta as características de
imagem selecionadas. Os parâmetros da função de mapeamento são ditos ótimos quando
a similaridade é máxima (ou uma medida de erro é mínima). Algumas medidas
comumente utilizadas são erro médio quadrático, correlação cruzada, informação mútua,
soma das distâncias entre vetores de características voxel a voxel, etc. A escolha da
medida de similaridade depende de alguns fatores, tais como modalidade das imagens e
características extraídas.
4. Estratégia de busca: A busca é normalmente iterativa, na qual os parâmetros da função
de mapeamento vão convergindo para a obtenção da similaridade máxima. Algoritmos
de otimização são normalmente utilizados.
A literatura sobre técnicas de registro é vasta, com muitos livros e revisões
bibliográficas (76,63,77,78,79,80,81), mas alguns problemas continuam em aberto. O alto custo
de tempo computacional tem levado a implementações mais eficientes (82), as quais exploram os
recursos de hardware dos computadores atuais, mas a exatidão do registro, principalmente
deformável e envolvendo imagens de modalidades diferentes continua sendo o maior desafio.
Técnicas de registro podem ser classificadas com base na natureza das características, tipo
de função de mapeamento, nível de interação com o usuário, procedimento de busca,
modalidades de imagem e nos indivíduos envolvidos. Estes critérios são apresentados a seguir.
4.1 Natureza das características
As características podem ser baseadas em propriedades das imagens e/ou em
propriedades de objetos (estruturas) segmentadas e/ou identificadas visualmente nas imagens.
Métodos baseados em características de objeto podem usar pontos de marcação
(landmarks) identificados na anatomia de algumas estruturas (83,84) ou pontos obtidos
automaticamente na superfície das estruturas (85,69,70). A correspondência entre esses pontos nas
imagens fixa e móvel faz parte normalmente do algoritmo de busca (86). Correspondências
automáticas que evitam a busca, fornecendo uma solução analítica direta para o mapeamento, são
muito difíceis de serem obtidas com sucesso. Os pontos também podem ser os que compõem
contornos, linhas e superfícies de estruturas da imagem (68,87,88,89,90).
Métodos baseados em características de imagem (intensidade, gradiente, etc) evitam a
segmentação e se diferenciam não só pelas características utilizadas, como também pela estratégia
de alinhamento (e.g., alinhamento dos eixos principais (91,92)) e medida de similaridade:
correlação cruzada (93,94), correlação de fase no domínio espectral (95,96), medidas de
agrupamento (97,98,99), informação mútua (65,66,64), entropia (100), e soma das diferenças
absolutas ou dos quadrados das diferenças de intensidade (101,102,103,104).
4.2 Tipo de mapeamento
A função de mapeamento pode ser rígida ou deformável. No primeiro caso, o registro é
realizado apenas com rotação e translação da imagem móvel, o que se aplica para imagens de um
104
Desenvolvimento Tecnológico
mesmo indivíduo ou entre hemisférios (62). O segundo caso é mais geral (73,74,75), as estruturas
são deformadas, e pode ser adotado após o registro rígido com aplicação para imagens de
indivíduos diferentes (e.g., para a formação de atlas probabilístico).
4.3 Interação com o usuário
O registro pode ser automático ou interativo, neste último envolvendo diferentes níveis
de interação com o usuário. Os usuários podem interagir na seleção dos pontos de marcação, na
correspondência entre eles, no ajuste de parâmetros da função de mapeamento (88). O registro
automático é viável e mais desejado, pois evita erros decorrentes da subjetividade do
especialista (105).
4.4 Procedimento de busca
Os parâmetros da função de mapeamento, quando não são encontrados diretamente
pela correspondência dos pontos, eles são estimados por maximização da medida de similaridade
resultante do mapeamento. Técnicas de otimização, tais como gradiente descendente (106,103),
busca estocástica (66,107), downhill simplex (108,109), método de Powell (110,64), busca quaseexaustiva (111,112,113), e algoritmos genéticos (97,109), são utilizadas. O registro usando múltiplas
escalas das imagens também é comum para acelerar a busca (114).
4.5 Modalidades de imagem
O alinhamento de imagens de mesma modalidade é denominado registro intramodalidade, e envolvendo imagens de modalidades diferentes é denominado registro intermodalidades. O registro intra-modalidade é usado para acompanhar as variações anatômicas ou
funcionais de um paciente ao longo do tratamento (84,62); e para combinar imagens de vários
indivíduos em um espaço padrão (e.g., construção de atlas). O registro inter-modalidades integra
informações anatômicas obtidas por CT (Computerized Tomography) e RM, sendo possível
analisar tecidos moles e duros numa mesma imagem (88); também combina as informações
anatômicas e funcionais de um paciente em uma mesma imagem para análise, permitindo por
exemplo a localização espacial de determinados fenômenos (115).
4.6 Indivíduos envolvidos
O registro envolvendo imagens de um mesmo indivíduo é denominado registro intrasujeito e envolvendo imagens de indivíduos diferentes é denominado inter-sujeitos. O primeiro
caso é usado no acompanhamento das variações anatômicas ou funcionais de um paciente durante
o tratamento (84,62), e quando registramos os hemisférios de um mesmo indivíduo. O segundo
caso se aplica a um grupo de indivíduos, controles ou pacientes, envolvendo uma ou mais
modalidades, mas com deformação das imagens em qualquer caso (116,107,117).
5. Visualização
Muito embora existam ambientes virtuais (caves) e dispositivos apropriados para
visualização 3D, tais como óculos para visão estéreo, capacetes holográficos, e até mesmo telas
holográficas (118), a projeção de uma imagem na tela 2D do computador é a mais utilizada.
Considerando esta limitação e o fato que imagens de RM do cérebro humano formam um volume
no espaço 3D, o desafio está em provê diferentes formas de visualização das informações
anatômicas na tela do computador, combinadas ou não com informações funcionais decorrentes
do registro inter-modalidades. As figuras apresentadas até o momento ilustram alguns exemplos.
A forma mais simples é a visualização 2D direta dos cortes principais. Uma imagem de
ressonância magnética tem, tipicamente, 4096 níveis de intensidade (12 bits), sendo que o olho
105
Neurociências
humano distingue cerca de 30 níveis apenas. Isto dificulta a diferenciação dos tecidos cerebrais
(Figura 10a). Dois artifícios comuns são o realce de imagem em um intervalo restrito de
intensidades e a coloração artificial da imagem por meio de tabelas de cores (1). No primeiro caso,
por exemplo, intensidades abaixo de um dado valor mínimo e acima de um dado valor máximo
podem ser saturadas nas intensidades 0 e 255, respectivamente, para apresentação da imagem na
tela do computador, enquanto que intensidades intermediárias podem ser mapeadas linearmente
de 0 a 255 (Figuras 10b e 10c). No segundo caso, as intensidades da imagem são associadas a cores
distintas obtidas em uma tabela de cores. Como o olho humano é sensível a cerca de 7 milhões de
cores, os detalhes dos tecidos ficam mais perceptíveis. Efeitos interessantes são obtidos trocando
apenas a tabela de cores (Figuras 10d e 10e). Estas técnicas se aplicam também à visualização de
cortes por superfícies arbitrárias, que interceptam o volume de RM (Figuras 13 e 14b-c), e de
projeções do volume na tela (Figura 1f), ambas preservando a textura original.
(a)
(b)
(d)
(e)
(c)
Figura 10: Exemplos de visualização 2D: (a) Mapeamento linear de toda a faixa de intensidades para 256 tons de cinza. (b)
Curva de saturação para janelas de intensidade. (c) Resultado do uso de uma janela de intensidade sobre a mesma imagem
de (a). (d) e (e): Exemplos de uso de tabelas de cor para facilitar a diferenciação de intensidades similares. As faixas no topo
das imagens representam as tabelas (paletas) usadas.
A visualização de estruturas 3D requer técnicas mais complexas de rendering (7). Essas
técnicas se dividem em rendering de superfície e rendering de volume. No rendering de
superfície (119,120,121), os voxels são classificados como opacos (voxels de borda das estruturas)
ou transparentes (demais voxels). Como conseqüência, um modelo geométrico, poligonal
(triângulos) (120,121) ou discreto (voxels, faces de voxels) (119), pode ser utilizado para
representar a superfície da estrutura. No rendering de volume (122,123,124,125,126), um grau de
opacidade proporcional ao interesse para visualização é associado a cada voxel (Figuras 8c-d e 9b).
Para associações binárias de opacidade, essas duas abordagens coincidem (e.g., Figuras 5 e 9a).
A tecnologia de processadores gráficos evoluiu muito nos últimos anos, disponibilizando
GPUs de baixo custo que oferecem um grande número de unidades de processamento de ponto
flutuante operando em paralelo. Entretanto, as interfaces e linguagens para programação destas
GPUs para fins genéricos ainda não foram padronizadas de forma estável, e implementações de
106
Desenvolvimento Tecnológico
software podem facilmente ficar restritas a uma pequena gama de produtos, que eventualmente se
tornarão obsoletos e de difícil reposição em alguns meses ou anos. A forma mais comum de
utilizar GPUs é realizar rendering de superfície, o que requer a aproximação da superfície discreta
por uma malha poligonal. A renderização de malhas poligonais é facilmente programada em
qualquer hardware gráfico moderno através de linguagens/interfaces padronizadas como
OpenGL (127,128) e DirectX. Toda aproximação poligonal precisa equilibrar erros de aproximação
e número de polígonos. Uma aproximação muito detalhada para imagens médicas pode
facilmente exceder a capacidade de memória e/ou processamento do hardware, exigindo um
tempo muito longo para renderização de cada quadro. Uma aproximação com poucos polígonos,
entretanto, pode não representar a anatomia adequadamente e ocultar características importantes
da patologia estudada. Uma técnica comum é obter uma malha excessivamente detalhada através
um algoritmo como Marching Cubes (120) e simplificá-la até que o erro medido não ultrapasse um
limiar definido pela aplicação (129,130). A técnica complementar também é comum: iniciar com
uma malha simples que englobe todo o volume e adaptá-la sucessivamente até que o erro medido
fique abaixo de um limiar definido pela aplicação (131,132,133). Embora estas técnicas tornem-se
cada vez mais rápidas, a renderização de superfícies sempre requer o cálculo e armazenamento de
uma representação intermediária, o que pode causar atrasos indesejáveis em aplicações interativas
onde os objetos mudam de forma rapidamente, tais como durante uma aplicação de segmentação
interativa (37).
Técnicas de rendering também podem ser classificadas como técnicas baseadas em
imagem e técnicas baseadas em objeto (7). No primeiro caso, a segmentação é substituída por uma
função de transferência de opacidade, que mapeia propriedades de imagem (e.g., intensidade,
gradiente) em opacidade para cada voxel, visando atribuir maiores opacidades para voxels em
regiões de transição entre tecidos (134,126). A ausência de estruturas segmentadas torna
computacionalmente caro o rendering direto do volume, mas existem soluções via
hardware (135,136) e usando técnicas computacionais eficientes (126,137). O rendering direto do
volume infelizmente não se aplica para estruturas cerebrais internas em RM, as quais requerem
métodos de segmentação, principalmente quando a finalidade principal do estudo é a análise
quantitativa. Técnicas de rendering baseadas em objeto permitem calcular opacidades em torno
das superfícies das estruturas, armazenar apenas os voxels de interesse para a visualização, e
também associar uma opacidade diferente para cada estrutura (125,121,138).
As técnicas de visualização também diferem na estratégia de remoção de superfícies
escondidas para rendering. Duas estratégias básicas são voxel splatting (139,124,140,141), que
projeta os voxels no plano de visualização, e raycasting, que lança raios de visualização do plano
em direção ao volume (142,123,143). Voxel splatting costuma ser a abordagem mais comum e
eficiente, e também se aplica a técnicas de visualização mais simples, tais como projeção de
máxima intensidade (MIP) de imagens de angio-RM (144,145), para o estudo de vasos cerebrais
(Figura 11). Entretanto, MIP não oferece informações exatas sobre localização ou calibre dos vasos,
e não substitui a segmentação em aplicações de análise.
(a)
(b)
Figura 11: Exemplos de visualização de angio-RM através da técnica de MIP (maximum-intensity
projection).
107
Neurociências
Técnicas inovadoras de visualização podem destacar características sutis e simplificar
consideravelmente o diagnóstico de patologias. A reconstrução multi-planar de imagens
volumétricas (146,147) é uma técnica simples, que consiste em aplicar uma transformação rígida ao
volume adquirido para simular a aquisição por planos arbitrários (Figura 12). A aplicação desta
técnica simples auxilia consideravelmente o diagnóstico de lesões de displasia cortical focal em
pacientes de epilepsia (148). A visualização com reformatação curvilinear (149) exibe a textura de
RM de superfícies que seguem a curvatura do cérebro. Este tipo de visualização (Figura 13) facilita
ainda mais o diagnóstico de lesões de displasias corticais focais, ao evitar evidenciar efeitos de
volume parcial e favorecer seções transversais do córtex cerebral. A reformatação curvilinear pode
ser computada automaticamente (150) através da segmentação do cérebro e da aplicação de uma
transformada de distância Euclideana (46). A visualização pode ser obtida rapidamente através da
projeção de voxels, usando um limiar de distância para limitar os voxels projetados à superfície
desejada. Um exemplo do método proposto em (150) é ilustrado na Figura 14.
(a)
(b)
Figura 12: Exemplo de reconstrução multi-planar (MPR):
(a) aquisição original da imagem (com os planos originais
indicados em amarelo (coronal), vermelho (axial) e verde
(sagital)). (b) Visualização após MPR, simulando
aquisição em um novo sistema de coordenadas.
108
Desenvolvimento Tecnológico
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 13: Exemplos de reformatação curvilinear: a superfície vermelha nas janelas “2D View” indicam a superfície exibida nas
respectivas janelas “Curvilinear View”.
(a)
(b)
(c)
Figura 14: (a) A segmentação automática do cérebro é primeiro obtida pelo método proposto em (33). Em
seguida, cortes curvilineares são obtidos e renderizados automaticamente (150). (b) Vista de um corte curvilinear.
(c) Corte curvilinear com indicação de uma lesão displástica (borramento em apenas um hemisfério).
109
Neurociências
6. Análise
Uma característica importante na análise de imagens do cérebro é a simetria. Conforme
mencionado na seção 3.2, o cérebro normal apresenta uma grande simetria bilateral. Várias
estruturas cerebrais ocorrem em pares (e.g., núcleos caudados, hipocampos, ventrículos laterais),
uma em cada hemisfério. Entretanto, essa simetria não é absolutamente perfeita (151). Mesmo
indivíduos normais apresentam algum padrão de assimetria considerado normal, porém assimetrias
mais acentuadas caracterizam, em geral, alguma patologia, e neurologistas costumam considerar
assimetrias na imagem como indicativos de possíveis anormalidades (Figura 15).
O maior desafio, porém, na análise de assimetria é conseguir identificar os níveis mais
acentuados, que caracterizam anomalias e ignorar a assimetria instrínseca do cérebro, a qual está
presente mesmo em indivíduos de controle. Neste sentido, descritores de assimetria de textura (3)
e forma (4) devem ser analisados para estabelecer padrões de normalidade, com o intuito de
serem investigados e possivelmente usados como marcadores biológicos no diagnóstico de
doenças. Técnicas eficientes de agrupamento (152,8) e de classificação de padrões (153,154)
podem ser investigadas com esta finalidade.
Existem diversos trabalhos que têm relatado a correlação entre assimetrias acentuadas em
algumas estruturas/tecidos e determinadas patologias como: esquizofrenia (155,156,157),
epilepsia (158,159,18) e doença de Alzheimer (160,17). Estudos de lesões cerebrais (161,162),
tumores (163) e AVC hemorrágico (164) são também exemplos onde a assimetria acentuada auxilia
na localização e delineamento da região com o problema. Ademais, a análise de assimetria
também é útil em estudos sobre o desenvolvimento e envelhecimento do cérebro, visto que o
cérebro torna-se mais assimétrico à medida que envelhece (165).
(a)
(b)
(c)
Figura 15: Cortes axiais que ilustram a relação entre a simetria e determinadas patologias. (a)
Indivíduo de controle, (b) Paciente com tumor, e (c) Paciente com hemorragia cerebral. Podemos
notar que mesmo no caso (a) o cérebro não é perfeitamente simétrico, porém nos casos
patológicos a assimetria é significativamente maior e, em geral, concentrada em uma certa região.
Um outro exemplo da importância da análise de assimetria é a detecção e a segmentação
de mal-formações corticais, como por exemplo as displasias corticais focais (FCD -- Focal Cortical
Displasia). FCDs são mal-formações ocorridas no desenvolvimento do córtex cerebral e que
resultam em posicionamento anômalo de elementos gliais e falhas na composição laminar do
córtex (166). Muito embora sejam lesões microscópicas, elas geram efeitos macroscópicos sutis em
imagens de RM (Figura 14c): borramento da transição entre substância branca e substância
cinzenta, sinal T1 hiperintenso na substância cinzenta lesionada e espessamentos localizados do
córtex (167). Estes efeitos se manifestam normalmente de forma assimétrica em um dos
hemisférios.
A reformatação curvilinear (149,148,150) (Figuras 13 e 14b-c) foi um passo importante
para evidenciar estas lesões, mesmo considerando a dificuldade do diagnóstico visual, mas a
detecção e a segmentação automáticas são fundamentais para o avanço do diagnóstico e do
110
Desenvolvimento Tecnológico
tratamento, o qual pode envolver a remoção cirúrgica da região lesionada (168,169),
particularmente nos casos de epilepsia refratária -- i.e., quando o paciente não reage aos
medicamentos (170).
A detecção/segmentação automatizada de FCDs em imagens de RM-T1 tem sido objeto
de diversos trabalhos nos últimos anos (171,172,173,174,175). Entretanto, a maioria dos métodos
se baseia em abordagens de segmentação do cérebro e de WM/GM (substância branca/cinzenta)
que dependem de atlas, os quais não são precisos ou adequados a imagens de crianças e pacientes
operados. Vale a pena ressaltar que FCDs são as causas mais comuns de epilepsias em crianças e
adolescentes (167,176).
Visando simular o procedimento do especialista no diagnóstico de FCDs, o método
proposto em (18) explora a assimetria de textura na detecção e segmentação de FCDs, levando em
conta as características visíveis em imagens de RM-T1 (borramento, sinal hiperintenso e espessura
do córtex). A Figura 16 ilustra resultados do método em imagens de cinco pacientes.
A segmentação de WM/GM em particular é uma tarefa complicada, já que dois dos
artefatos causados pelas FCDs são o borramento da transição WM/GM e intensidades anômalas na
substância cinzenta lesionada. No entanto, procedimentos automatizados de análise que
segmentem a GM (permitindo medir a espessura do córtex), parecem ser um caminho promissor
para melhorar o método (18).
Figura 16: Primeira linha: Segmentações manuais de lesões de FCDs em imagens de cinco pacientes. Segunda
linha: Segmentações automáticas com a técnica de análise de assimetria de textura proposta em (18).
7. Conclusão
Este capítulo demonstra a importância de técnicas de processamento, visualização e
análise de imagens de RM no estudo do cérebro humano por computador. Em verdade, as
técnicas mencionadas constituem uma área maior, que aos poucos se define como Computação
Visual. Neste caso, temos a computação visual aplicada à medicina. Os principais problemas e
técnicas da área foram mencionados com o intuito de despertar o interesse de novos
pesquisadores.
Após a aquisição das imagens, técnicas de interpolação, correção de não-homogeneidade,
padronização de intensidades, alinhamento, registro, segmentação, visualização e análise de
assimetrias podem ser aplicadas no estudo de doenças cerebrais. A melhor ordem de aplicação
dessas técnicas não é determinada, visto que a dependência entre elas varia com o método.
Praticamente todas as operações são passíveis de automatização, exceto a segmentação de algumas
estruturas e fenômenos que podem requerer métodos interativos. Neste caso, o objetivo deve ser
111
Neurociências
minimizar a intervenção do usuário e o seu tempo de envolvimento, sem que ele perca o controle
sobre o processo de segmentação. Para tanto, o uso de modelos de forma é uma estratégia
promissora.
O registro deformável, automático e eficiente inter-modalidades é um desafio, que
precisa ser melhor investigado. Essas técnicas costumam consumir bastante tempo computacional e,
muito embora tenham sido validadas por simulações, a validação da acurácia e precisão em
situações reais é um tópico que requer maior atenção. Na verdade, métodos de avaliação de
registro e segmentação são tópicos importantes de pesquisa, para os quais ainda não existem
metodologias padrões.
A principal finalidade da área está nas técnicas de análise quantitativa. Um destaque foi
dado à análise de assimetrias de textura, que são mais comuns além da morfometria de voxel, a
qual é bastante criticada (58,59). A análise de assimetria de forma (não simplesmente volume), no
entanto, pode descrever deformações estruturais, as quais possam estar associadas com diferentes
patologias (177). Portanto, considerando descritores de textura e forma como potenciais
marcadores biológicos, a análise desses descritores constitui um campo fértil de pesquisa em
computação visual aplicada à medicina.
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Desenvolvimento Tecnológico
ESPECTROSCOPIA DE RM DINÂMICA PARA ESTUDO DO CÉREBRO
Gabriela Castellano1; Sandra Patricia Cuellar Baena; Carlos Sato Baraldi Dias; Li Li Min
1. Introdução
A espectroscopia por ressonância magnética (MRS, do inglês Magnetic Resonance
Spectroscopy) é uma técnica que permite a análise do conteúdo químico de uma amostra de forma
não-invasiva, baseado em metabólitos específicos passíveis de serem detectados pela técnica. Em
anos recentes muito esforço tem sido colocado no sentido de tornar possível a utilização desta
técnica no ambiente clínico, de forma a complementar a informação fornecida por exames
diagnósticos mais comuns, como as imagens por ressonância magnética (MRI) ou por tomografia
computadorizada de raios-x (CT). Em particular, a MRS baseada no núcleo do hidrogênio 1H tem
sido muito usada em estudos neurológicos na determinação de padrões metabólicos para várias
patologias, entre elas diversos tipos de tumores cerebrais (1), Alzheimer (2), epilepsia (3,4,5),
hipóxia (6), Canavan (7), entre outras. Isso se deve em parte a que o 1H é o núcleo usado para
fazer as imagens, o que permite que o mesmo equipamento de MRI seja usado para MRS; em
parte devido à alta sensibilidade deste núcleo; e em parte devido aos metabólitos específicos que
podem ser detectados via 1H-MRS, como o N-acetil-aspartato (NAA), considerado um marcador
neuronal; o ácido gama-aminobutírico (GABA), que é um neurotransmissor; o glutamato e a
glutamina (grupo Glx), utilizados no metabolismo neuronal etc. No entanto, a MRS aplicada in
vivo é uma técnica que possui uma série de problemas: os campos magnéticos de baixa para média
intensidade (1-3 Tesla) usados em aplicações clínicas, juntamente com as baixas concentrações dos
metabólitos estudados presentes no corpo humano, resultam numa baixa razão sinal-ruído (SNR);
a impossibilidade de controlar a temperatura da amostra (indivíduo) resulta em deslocamentos
químicos deslocados do valor esperado; as inomogeneidades de campo, que aparecem devido a
uma série de diferentes fatores (como as correntes parasitárias), contribuem para a incerteza da
medida; em 1H-MRS, os sinais residuais da água e gorduras modificam a linha de base: todos estes
problemas se combinam resultando em um sinal de MRS medido de baixa SNR. Este problema é
contornado por sessões de scan onde vários espectros (centenas) são adquiridos, e o espectro
médio resultante é utilizado para a análise. Ou seja, resolução temporal é trocada por alta SNR.
No entanto, com o advento da técnica de ressonância magnética funcional (fMRI) e de outras
técnicas de neuroimagem dinâmicas (como fMRI e EEG combinados, espectroscopia e tomografia
óptica de difusão no infra-vermelho próximo (NIRS e NIR-DOT), magneto-encefalografia (MEG)),
que medem parâmetros dinâmicos como o fluxo sangüíneo, a taxa de oxigenação do sangue, as
atividades elétrica e magnética, etc., mais interesse tem surgido em se ter uma técnica que possa
fornecer informação dinâmica sobre os caminhos metabólicos da função cerebral. O
monitoramento de níveis metabólicos in vivo ao longo do tempo via MRS ainda é uma área
relativamente nova na literatura. O objetivo deste capítulo é apresentar uma pequena revisão da
técnica de MRS in vivo, em particular das aplicações dinâmicas da mesma. Este texto está
organizado da seguinte maneira: a Seção 2 apresenta uma revisão geral dos princípios físicos por
trás da técnica de MRS in vivo; a Seção 3 descreve aspectos técnicos envolvidos na aquisição de
sinais de MRS in vivo; a Seção 4 apresenta os métodos de quantificação mais comumente usados
para estimar as concentrações dos metabólitos de interesse. Finalmente, na Seção 5 é feita uma
revisão das aplicações que têm utilizado informação temporal da MRS in vivo, e na Seção 6 são
traçadas algumas conclusões.
2. Princípios físicos da técnica de MRS
A técnica de MRS, embora baseada no mesmo fenômeno físico da técnica de MRI, se
diferencia desta por querer detectar os sinais de MR de núcleos provenientes de outros metabólitos
presentes no corpo humano que não a água. As concentrações destes metabólitos nos tecidos são
Endereço para correspondência: Gabriela Castellano - e-mail: [email protected] - DRCC - IFGW UNICAMP, CP 6165, CEP 13083-970, Campinas, SP
1
125
Neurociências
milhares de vezes menores que a da água, o que faz da MRS uma técnica pouco sensível e sujeita a
uma série de imprecisões. Em particular no caso da 1H-MRS, os sinais muito maiores da água (e
gorduras) prejudicam a medição dos demais sinais (8).
O fenômeno de ressonância magnética se observa quando uma amostra é posicionada
em um campo magnético constante de intensidade B0, e excitada com uma onda eletromagnética
de freqüência característica ω, conhecida como freqüência de Larmor e dada por:
ω = γ B0 .
[1]
A constante γ é a razão giromagnética, que é específica e relativa ao núcleo que se quer
examinar. Na maioria dos estudos clínicos é usado o núcleo de hidrogênio 1H já citado (chamado
de próton), porque ele é o elemento mais abundante nos tecidos e pela sua maior sensibilidade
relativa aos outros núcleos (por exemplo 31P ou 13C). A razão giromagnética do próton é γH =
42.58 MHz/Tesla.
De acordo com a Equação [1], a freqüência de Larmor seria a mesma para todas a
substâncias químicas presentes numa amostra macroscópica, uma vez definidos o núcleo de
interesse e a intensidade do campo magnético externo. Nesse caso, o espectro de MR seria
limitado a um único pico e nenhuma informação discriminante poderia ser obtida. Porém, os
núcleos experimentam diferentes valores de campo magnético devido à blindagem química
resultante do meio eletrônico que os rodeia. Desta forma, os núcleos com diferentes grupos
químicos vizinhos terão freqüências de ressonância diferentes que são dadas pela relação:
ω i = γ B 0 (1 − σ i ) ,
[2]
onde σi é o fator de blindagem química para o núcleo com i-ésimo tipo de grupo
vizinho. Esta pequena mudança nas freqüências é a base da espectroscopia de ressonância
magnética. É importante esclarecer que apesar de que os dados das freqüências num espectro de
MR podem ser escritos em Hertz (Hz), em geral são apresentados usando unidades de ppm (partes
por milhão). Isso é feito por duas razões principais:
• Se a unidade utilizada fosse o Hz, o eixo de freqüências seria proporcional ao campo
magnético externo; conseqüentemente a localização dos picos dependeria do campo
usado e não haveria uma forma padrão para comparar dados espectrais;
• Não existe uma substância natural para representar a freqüência zero.
A equação que determina o deslocamento químico em ppm para o caso de dados in vivo
é:
σ=
fs
f transmitter ⋅10 −6
+ offset ,
[3]
onde fs é a freqüência da amostra, ftransmitter é a freqüência do transmissor e offset é uma
constante que se refere à escala ppm com relação a um padrão in vivo. No caso da espectroscopia
de prótons, este padrão é o pico do CH3 do N-acetil-aspartato centrado em 2.02 ppm. Uma vez
calculado o valor offset, este pode ser usado para transformar todas as freqüências num espectro
da escala Hz para ppm. Tal como pode observar-se na Equação [3], o deslocamento químico é um
parâmetro independente do campo magnético externo aplicado sobre o tecido (9). Por
convenção, os eixos espectrais medem a blindagem, onde os sinais dos núcleos mais fracamente
blindados com freqüências de ressonância maiores estão à esquerda e os núcleos mais fortemente
blindados com freqüências de ressonância menores estão à direita.
Adicionalmente às freqüências de ressonância e às amplitudes dos sinais, existe uma outra
característica importante nos espectros de MRS, os multipletos. Estes são originados principalmente
por um fenômeno conhecido como acoplamento spin-spin ou acoplamento-J, que surge da
interação entre os núcleos detectáveis via MR que estão dentro de uma molécula.
O acoplamento-J é independente tanto da orientação molecular, quanto do campo
magnético aplicado. Isto pode ser explicado pelo fato de que o momento magnético nuclear
126
Desenvolvimento Tecnológico
interage com o momento magnético dos elétrons nas ligações químicas, levando a diferentes
possíveis orientações do momento magnético nuclear: paralela (baixa energia) ou antiparalela (alta
energia) ao campo magnético externo. Esta interação fará com que a freqüência de ressonância
mude devido à mudança do campo efetivo experimentado pelo núcleo.
Para o caso dos núcleos com spin = 1/2, há duas possíveis orientações para o momento
magnético, resultando em duas possíveis freqüências de ressonância. O número de linhas para uma
ressonância dependerá do número de vizinhos, enquanto que a intensidade de cada linha espectral
é o resultado da probabilidade estatística das possíveis orientações dos momentos magnéticos dos
spins vizinhos.
O espaço entre as linhas espectrais é chamado constante de acoplamento, e suas
unidades são dadas em Hz (10).
Existem dois tipos de acoplamento-J, o homonuclear (por exemplo 1H-1H) e o
heteronuclear (por exemplo 1H-13C). Na Figura 1 encontra-se um exemplo de acoplamento-J
homonuclear.
Figura 1.
Exemplo de núcleos homonucleares (1H-1H) interagindo via
acoplamento–J formando um dubleto de dubletos.
Nos estudos de MRS de amostras macroscópicas, como o caso de estudos do tecido
cerebral, a descrição do comportamento individual dos spins nucleares não é tão importante
quanto o comportamento coletivo deles. Como conseqüência disso é preciso introduzir um
conceito adicional, a magnetização.
Para núcleos de spin = 1/2 como o hidrogênio, seus momentos magnéticos m = ±1/2 se
distribuem aleatoriamente sobre um ângulo de θ = 54.74° relativo ao eixo ±z (Figura 2). Devido
a que a população de spins de baixa energia (μ paralelo ao B0) é maior que aquela dos spins de
alta energia (μ antiparalelo ao B0), pode-se associar uma quantidade física à resultante dos
momentos magnéticos individuais μ, chamada magnetização (M0).
Figura 2. Vetor magnetização de uma amostra macroscópica (M0).
127
Neurociências
No equilibrio térmico, a amplitude do vetor magnetização macroscópico é:
⎛ γ h ⎞ ⎛ nB ⎞
M0 = ⎜ ⎟ ⎜ 0 ⎟ ,
⎝ 2π ⎠ ⎝ 4KT ⎠
2
[4]
onde K é a constante de Boltzmann, T é a temperatura e n é a diferença entre a
quantidade de spins nos diferentes estados energéticos (paralelo ou antiparalelo ao campo
magnético externo) e é dado pela equação:
⎛ N γ hB0
n≈⎜
⎝ 2 KT
⎞
⎟,
⎠
[5]
onde N é o número total de spins. A dependência quadrática de M0 com a razão
giromagnética γ implica que um núcleo ressonando a altas freqüências também gerará um sinal de
MR relativamente mais intenso. O hidrogênio tem o maior γ entre os núcleos comumente usados,
o que permite obter uma maior intensidade relativa do sinal de MR.
A dependência linear de M0 com a magnitude do campo magnético B0 implica que a
sensibilidade da MRS melhora em altos campos magnéticos. É por isso que vêm se incrementando
as intensidades do campo magnético estático, que estão atualmente em um intervalo de 1.5 a 7.0
Tesla (T) para estudos in vivo em humanos.
Finalmente, a proporcionalidade inversa de M0 com a temperatura T indica que a
sensibilidade pode melhorar a baixas temperaturas, o qual é inviável em aplicações in vivo, dadas
as restrições fisiológicas típicas destes sistemas.
Adicionalmente aos ítens mencionados anteriormente, a sensibilidade experimental na
MRS é afetada por outros fatores tais como volume da amostra, abundância natural do núcleo
estudado e o nível de ruído na amostra.
Devido a que a magnetização alinhada na direção do eixo-z não pode ser detectada
experimentalmente, é preciso perturbar o sistema e fazê-la rotar no plano transversal x-y. Isto
pode ser feito aplicando um segundo campo magnético oscilante no plano transversal, com
freqüência no intervalo das rádio-freqüências (MHz)2, como mostra a Figura 1. Este campo é
chamado pulso de rádio-freqüência (RF).
Figura 3. (a) Pulso de rádio-freqüência B1 usado para excitar o vetor de
magnetização macroscópica M0 que não pode ser detectado no eixo +z. (b)
Variação da componente y da magnetização transversal após o desligamento do
pulso.
Este intervalo é usado devido às intensidades de campos usadas (da ordem de Teslas) e às razões giromagnéticas
dos núcleos estudados, que são da ordem de MHz/Tesla – isso faz com que as freqüências de ressonância estudadas
sejam da ordem de MHz, como mostra a Eq. [1].
2
128
Desenvolvimento Tecnológico
Quando se aplica o campo magnético B1, ou pulso de RF, por um tempo suficientemente
longo, a magnetização pode rotar completamente sobre o plano transversal, ou invertir-se no eixo
–z, originando os chamados pulsos de RF de 90° e 180°, respectivamente. Após a aplicação do
pulso, a magnetização experimentará somente o campo principal B0, e precessionará ao redor dele
à freqüência de Larmor ω0.
Após a magnetização M0 ser pertubada através do pulso de RF, e este último ser
"desligado", a magnetização retorna a seu estado inicial através de um processo conhecido como
relaxação. As componentes perpendiculares (Mx e My) e paralela (Mz) ao vetor de magnetização se
relaxam com diferentes constantes de tempo segundo as Equações [6]:
⎛
⎛ −t ⎞
⎛ −t ⎞
⎛ −t ⎞ ⎞
M z = M 0 ⎜⎜1 − exp ⎜ ⎟ ⎟⎟ , M x = M 0 cos(ωt ) exp ⎜ ⎟ , M y = M 0 sin(ωt ) exp ⎜ ⎟ ,
⎝ T2 ⎠
⎝ T2 ⎠
⎝ T1 ⎠ ⎠
⎝
[6]
onde T1 é a constante de tempo da relaxação de spin-rede, T2 é a constante de tempo da
relaxação spin-spin, e ω é a freqüência de Larmor. A relaxação spin-rede é o processo que
determina quão rápido se recompõe a magnetização ao longo do eixo z. Já a relaxação spin-spin é
o processo que determina quão rápido se perde a magnetização no plano x-y.
As Equações [6] são conhecidas como as equações de Bloch e permitem descrever o
comportamento macroscópico dos spins num experimento de MR, mostrando como a
magnetização retorna ao equilíbrio depois de uma perturbação como a produzida por um pulso
de RF.
Figura 4. Variação das componentes transversais da magnetização, FID, correspondentes ao
sinal de MRS.
Figura 5. (a) Sinal FID gerado em um experimento de MRS. (b) A
transformada de Fourier do sinal em (a) correspondente ao espectro de
MRS.
A Figura 4 mostra a variação das componentes transversais da magnetização, sinal
conhecido também como FID (do inglês Free Induction Decay). O FID é o sinal detectado pela
129
Neurociências
bobina geradora dos pulsos RF (que atua também como detector) através da indução de uma
voltagem oscilante. Este sinal FID coletado é posteriormente digitalizado e transformado via
transformada de Fourier para obter o espectro propriamente dito, como mostra a Figura 5.Este é o
processo que permite a obtenção de dados espectroscópicos de ressonância magnética.
3. Aspectos técnicos na aquisição de dados de MRS
Os trabalhos que usam a técnica de MRS in vivo têm examinado uma variedade de
órgãos do corpo humano, utilizando uma variedade de núcleos atômicos (isótopos de 1H, 31P, 13C,
19F, 14N e 23Na) e intensidades de campos magnéticos (1.5, 3, 4.5, 7 T).
Como mencionado anteriormente, o objetivo da MRS é detectar sinais de pequenas
concentrações de metabólitos contidas em um pequeno volume sobre um intervalo de freqüência
limitado. No caso particular da 1H-MRS, há ainda o problema dos sinais da água e gorduras, que
são muito maiores que os sinais dos metabólitos de interesse e dominam o espectro. Desta forma,
é crítico selecionar os parâmetros e seqüências de pulso adequados, possuir técnicas de localização
práticas e precisas, ter a maior homogeneidade de campo magnético possível e otimizar a
supressão do sinal da água, de forma a obter dados ótimos de MRS que finalmente serão
processados e analisados.
A seguir, serão apresentados alguns dos aspectos técnicos mais relevantes a serem levados
em conta no processo de aquisição de dados de MRS e que garantem melhor resolução espectral,
tais como a compensação das correntes parasitárias (eddy currents) induzidas pelos pulsos de
gradientes de campo magnético, e a supressão de sinais indesejáveis da água e das gorduras
mediante pulsos seletivos de radiofreqüência para a 1H-MRS. Somado a isso, será incluída uma
descrição geral das principais seqüências de pulsos utilizadas na aquisição de dados de MRS clínicos,
a PRESS (Point-Resolved Spectroscopy) e a STEAM (Stimulated Echo Acquisition Mode) (9,10).
3.1. Localização do Volume de Interesse (VOI) e Seqüências de Pulsos
Existem diferentes técnicas de localização na MRS, as quais permitem definir o volume de
interesse ou VOI (do inglês volume of interest) onde serão coletados os dados experimentais. Estas
técnicas são divididas em dois grandes grupos: as de voxel único ou SVS (Single Voxel
Spectroscopy) e as de imagens espectroscópicas ou CSI (Chemical Shift Imaging). Cada técnica de
localização tem suas vantagens e desvantagens. Por exemplo, enquanto a SVS permite uma maior
resolução espectral comparada à CSI para cada espectro medido do único voxel, a CSI permite um
mapeamento das variações dos metabólitos no cérebro para uma rede de voxels em uma única
aquisição (Figura 6).
A escolha de uma ou outra técnica depende do experimento que se queira realizar e da
configuração própria dos scanners de ressonância magnética, já que nem todos permitem colher
dados de CSI. A localização propriamente dita dos voxels ou multivoxels é realizada através de
seqüências de pulsos que delimitam a região onde serão adquiridos os espectros de MRS.
Devido a que até a data presente nosso grupo tem trabalhado apenas com SVS (devido
justamente a limitações do atual scanner), a descrição das seqüências de pulso será restrita às mais
comumente usadas nessa técnica, que são a PRESS e a STEAM. Estas duas seqüências usam três
pulsos de rádio-freqüência seletivos com gradientes de campo magnético ortogonais entre si, onde
a intersecção das fatias define o VOI.
130
Desenvolvimento Tecnológico
Figura 6. Técnicas de localização Chemical Shift Imaging (CSI) e Single-Voxel
Spectroscopy (SVS).
A seqüência PRESS utiliza três pulsos de RF de 90°, 180° e 180°. A Figura 7 mostra o
diagrama de tempo para este caso, incluindo um pulso CHESS (Chemical-Shift-Selective pulse),
usado na supressão do sinal da água (isto será discutido mais adiante nesta seção). Nessa figura, τ1 é
o tempo entre o primeiro e segundo pulso de RF e τ1 + τ3 é o intervalo de tempo entre o
segundo e terceiro pulsos de RF. O tempo de eco (TE) é 2τ1 + 2τ3.
Figura 7. Diagrama de tempo para uma seqüência de pulsos PRESS.
Gx, Gy e Gz são os gradientes de campo magnético, os quais são gerados por bobinas
solenoidais nas quais correntes elétricas opostas (em diferentes bobinas) produzem campos
magnéticos que se cancelam parcialmente entre si para gerar um gradiente de campo magnético
numa única direção (x, y, z). A intersecção resultante da aplicação dos gradientes de campo
magnético é o VOI, tal como se mostra na Figura 8.
131
Neurociências
Figura 8. Volume de interesse (VOI) resultante da aplicação
dos gradientes de campo magnético Gx, Gy e Gz usados na
seqüência de pulsos PRESS.
A outra seqüência de pulsos mais comumente usada na MRS é a STEAM, que possui três
pulsos de RF de 90°. A Figura 9 mostra o diagrama de tempo para este caso, incluindo também
um pulso CHESS usado na supressão do sinal da água.
Figura 9. Diagrama de tempo para uma seqüência de pulsos STEAM.
Neste caso o tempo τ1 é igual ao τ4, τ1 + τ4 é o tempo de eco (TE), enquanto τ2 + τ3 é
conhecido como o tempo de mistura (TM). Um fato importante na seqüência STEAM é que
somente a metade da magnetização transversal obtida pelo primeiro pulso de 90° é transformada
em magnetização longitudinal pelo segundo pulso de 90°, diminuindo a SNR por um fator 2 em
relação à seqüência PRESS. O terceiro pulso leva a magnetização longitudinal armazenada pelo
segundo pulso de RF de novo ao plano transversal para formar o eco estimulado STE (Stimulated
Echo).
3.2. Razão Sinal-Ruído (SNR)
A largura de um pico em um espectro é um indicador da amplitude do sinal, enquanto que o
ruído pode avaliar-se medindo o desvio padrão em uma região do espectro que não contenha
sinal (por exemplo entre -1.0 e -2.0 ppm). A magnitude do ruído é independente do volume do
VOI, enquanto que a magnitude do sinal é diretamente proporcional a este. Portanto, quanto
maior e melhor delimitado for o voxel, maior será o número de prótons no tecido, o que
permitirá um incremento no sinal FID e, conseqüentemente, na amplitude dos picos dos
metabólitos de interesse.
132
Desenvolvimento Tecnológico
Existem duas definições para a razão sinal-ruído (SNR, do inglês signal-to-noise ratio) na MRS.
Uma delas define a SNR como sendo a largura do pico dividida pelo ruído rms (root mean
square). A segunda define o SNR como a razão entre a área do pico e o ruído rms. A segunda
definição é mais pertinente para comparar dados in vivo e otimizar a metodologia da MRS. Notese que as concentrações dos metabólitos são calculadas a partir das áreas dos picos e que a
comparação de dois espectros de MRS será válida unicamente se forem usados os mesmos
parâmetros na aquisição e pós-processamento dos dados, condições raramente encontradas em
espectros coletados em scanners de MR de diferentes fabricantes.
3.3. Shimming
Um dos aspectos experimentais mais importantes para garantir um incremento na
sensibilidade e na resolução espectral na MRS é a homogeneidade do campo magnético aplicado
ao tecido em estudo, já que quanto maior a homogeneidade, maior a SNR e menor a largura dos
picos. O processo que permite alcançar uma homogeneidade de campo magnético ótima é
conhecido como shimming3. Este já vem implementado nos scanners de MR através de rotinas
automáticas onde as variações nos sinais de MRS são monitoradas, seja no domínio temporal ou
no domínio das freqüências, para compensar variações do campo magnético externo.
A correção das inomogeneidades do campo magnético permite, portanto, obter
espectros com picos de metabólitos melhor definidos, diminuir os efeitos decorrentes das
sobreposições de picos, e melhorar a quantificação das amplitudes das ressonâncias de interesse.
3.4. Correntes parasitárias
Na aquisição de dados espectroscópicos de MRS, as correntes parasitárias (eddy-currents)
são induzidas no processo de geração dos gradientes de campo magnético, utilizados para a
localização do sinal. Esses gradientes são gerados em forma de pulsos, isto é, as correntes elétricas
nas bobinas de gradiente são rapidamente maximizadas ao valor desejado, mantidas nesse valor
por um tempo curto e finalmente reduzidas a zero. Idealmente a geração dos gradientes de campo
magnético deveria ser instantânea à medida que acontecem as variações nas correntes elétricas,
mas na prática, as mudanças abruptas nos gradientes induzem correntes parasitárias na estrutura do
magneto, que por sua vez geram campos magnéticos que se somam ao campo estático (9). Isso
aumenta as inomogeneidades de campo, distorcendo os picos e dificultando a quantificação.
As correntes parasitárias são manifestações da lei de indução de Faraday e podem ser
corrigidas, entre outras formas, através de bobinas de compensação. Adicionalmente, podem ser
corrigidas no pós-processamento dos dados, dividindo o sinal no domínio temporal pelo sinal não
suprimido da água, ou usando uma correção de fase ponto a ponto, novamente, usando o sinal
não suprimido da água como referência (9).
Como no caso das correções na inomogeneidade do campo magnético externo, a
correção das correntes parasitárias na geração dos gradientes de campo melhora a resolução dos
picos nos espectros, diminuindo a largura dos picos e evitando efeitos de sobreposição das
ressonâncias de interesse.
3.5. Sinais indesejáveis na 1H-MRS: Água, lipídios e macromoléculas
A supressão do sinal da água na 1H-MRS in vivo é fundamental já que sua concentração
no cérebro é aproximadamente 70% e o sinal produzido pelos prótons dessa molécula é muito
maior que os sinais dos prótons dos metabólitos de interesse. Estes estão presentes no cérebro a
baixas concentrações, e o sinal da água obstrui sua visualização e quantificação no espectro de
MRS.
Shiming vem do inglês shim que quer dizer “calço”, portanto em MR realizar um shimming implica em ir
“calçando” o campo magnético para compensar as uniformidades do mesmo.
3
133
Neurociências
A supressão do sinal da água é feita através do pulso CHESS já mencionado, seguido
pelos correspondentes gradientes de campo magnético das seqüências de pulso PRESS ou STEAM.
A qualidade e o grau de supressão do sinal da água dependerão do shimming in vivo, da
estabilidade e linearidade do amplificador de RF, da presença de correntes parasitárias e do
número de pulsos CHESS empregados. O sinal remanescente da água deve filtrar-se através de
métodos de pós-processamento.
Um fator associado à contaminação dos sinais espectrais é a presença de picos de lipídios
devida a pulsos seletivos não ideais que permitem a detecção destes sinais provenientes do
conteúdo lipídico da epiderme que envolve o crânio. Da mesma forma que o sinal da água, os
sinais destes lipídios não filtrados se sobrepõem aos sinais dos metabólitos de interesse.
Em seqüências que utilizam tempos de eco (TE) curtos, também podem aparecer sinais de
macromoléculas, que distorcem a linha de base do espectro. Estes sinais podem ser evitados
aumentando o TE (pois as macromoléculas possuem T2 curto) ou com rotinas de pósprocessamento para a correção da linha de base.
3.6. Concentrações absolutas versus concentrações relativas
Um dos grandes problemas encontrados na análise de dados de MRS in vivo se refere à
dificuldade em se obter valores absolutos das concentrações dos metabólitos de interesse. Isso
acontece pois embora a magnetização M0 seja diretamente proporcional ao número de spins, que
por sua vez é proporcional à concentração, a medida de M0 é indireta: o que se observa é uma
corrente induzida proporcional à magnetização transversal. De fato, o sinal medido de MRS de um
dado metabólito é proporcional ao número de scans, ao ganho do receptor, à freqüência de
Larmor, à concentração molar e ao volume da amostra (voxel), sendo também influenciado por
funções mais complexas relativas à modulação do sinal pela seqüência de pulsos4 e pela bobina
utilizadas na aquisição5 (10). Como vários dos parâmetros relativos à bobina de aquisição não são
conhecidos, a determinação direta da concentração a partir do sinal medido é impossível. Na
prática, os métodos de quantificação utilizam algum composto de calibração de concentração
conhecida, cujo sinal de MRS é utilizado como referência para os demais metabólitos. No entanto,
para realizar um cálculo preciso da concentração, não basta relacionar os sinais medidos (da
referência e do metabólito) à concentração padrão, é necessário fazer correções relativas a
diferenças nos tempos de relaxação T1 e T2, razão giromagnética, susceptibilidade magnética,
posição em relação à bobina, etc. Devido à dificuldade em calcular correções precisas,
particularmente no ambiente clínico, é prática comum o uso de concentrações relativas, onde são
calculadas razões entre metabólitos medidos numa mesma aquisição (ou mesma sessão). Embora as
concentrações relativas forneçam menos informação que as absolutas, ainda assim essa informação
é de grande valia a estudos clínicos, e esse tipo de estimativa tem sido largamente empregado.
4. Quantificação de sinais de MRS
Existem uma variedade de métodos disponíveis para a quantificação de sinais
espectroscópicos de ressonância magnética, seja no domínio temporal ou da freqüência. Um ponto
chave na quantificação destes sinais é decidir qual dos métodos é o mais plausível de ser utilizado.
Nesta seção será apresentado um breve panorama dos métodos de processamento e quantificação
de metabólitos das ressonâncias de interesse no espectro in vivo de MRS, suas diferenças,
vantagens e desvantagens. Será dado destaque a dois métodos em particular: o AMARES
(Advanced Method for Accurate, Robust and Efficient Spectral fitting of MRS data), método
disponível no software de livre acesso jMRUI (http://www.mrui.uab.es/) (11), e o LCModel (Linear
Combination of Model in vitro spectra), método disponível no software pago de mesmo nome
(http://s-provencher.com/pages/lcmodel.shtml) (8), e atualmente um dos mais utilizados na
quantificação de dados de 1H-MRS in vivo.
4 Inclui parâmetros como os tempos de repetição TR e eco TE, o número e tipo de pulsos de RF, e os tempos de
relaxação T1 e T2.
5 Inclui parâmetros relativos à geometria e qualidade da bobina.
134
Desenvolvimento Tecnológico
4.1. Análise no domínio da freqüência
Os sinais de MRS (FIDs) são adquiridos no domínio temporal. A conversão destes sinais
ao domínio da freqüência realiza-se através da transformada de Fourier discreta (DFT). A
quantificação pode ser obtida com o método de integração do espectro ou mediante o uso de
métodos de modelagem dos picos. O método de integração do espectro de MRS é o caminho
mais fácil já que implica a integração direta dos picos no espectro. Este método ainda é empregado
apesar do fato de que pode introduzir um viés nos resultados devido ao operador e às técnicas
aplicadas para a correção do espectro (correção da linha de base, faseamento, redução de ruído
através de apodização, seleção dos limites de integração etc), fazendo com que os resultados sejam
altamente variáveis e conseqüentemente pouco reproduzíveis. Os dados de MRS in vivo oferecem
diversas limitações na aplicação deste método direto, principalmente devido à superposição dos
sinais de interesse, à baixa SNR e às marcadas distorções da linha de base. Nessas condições, é
quase impossível obter uma quantificação ótima dos picos de metabólitos de interesse e se faz
necessário recorrer a métodos de ajuste computacionais, que usam funções modelo para o cálculo
das áreas dos picos de interesse. Um pré-requisito essencial para uma quantificação confiável de
ressonâncias sobrepostas através de funções modelo é a possibilidade de incluir conhecimento
prévio do sistema (12).
Idealmente, o FID pode ser expresso como uma soma de senóides que decaem
exponencialmente. Aplicando a transformada de Fourier a estes sinais no domínio temporal
obtém-se o espectro de MRS consistindo da soma de linhas Lorentzianas complexas puras. É por
isso que no modelo de ajuste da forma de linha nos espectros experimentais de MRS, as funções
modelo são Lorentzianas. Tanto a parte real quanto a imaginária da linha complexa Lorentziana
podem ser usadas nos parâmetros de estimação, mas por simplicidade a função modelo Fcalc(ν, P)
expressa-se através da parte real da Lorentziana (13):
⎡
⎤
ai 2 I i
2ai Ii (ν −ν i )
Fcalc (ν , P) = ∑ ⎢ 2
sin
ϕ
+
,
⎥
i
2
ai 2 + 4(ν −ν i )2
i =1 ⎣ ai + 4(ν −ν i ) cos ϕi
⎦
m
[7]
onde ai é a metade da largura de linha, Ii a amplitude, νi a freqüência de ressonância e φi
a fase da linha i. m representa o número de linhas usado para ajustar o espectro e P denota o
vetor de parâmetros estimados (por exemplo freqüências, larguras de linha, intensidades, fases).
Para levar em conta a possível contribuição da linha de base, costuma-se adicionar um polinômio
comum B(ν) à equação anterior (13):
n
B (ν ) = ∑ c pν p .
[8]
p =1
Devido à inomogeneidade da amostra e aos artefatos introduzidos pelo equipamento, a
forma de linha ideal dos sinais de MR se distorce. Por isso é necessário incorporar funções modelo
adicionais, como a Gaussiana, para obter uma função modelo total que represente uma melhor
aproximação aos dados experimentais, como
m
Fcal (ν , P ) = ∑ [ wL Li (ν ) + wG Gi (ν ) + B (ν ) ] ,
[9]
i =1
onde Li e Gi denotam as formas de linha Lorentziana e Gaussiana, respectivamente, wL e
wG são os fatores de ponderação usados na mistura das formas de linha, e ν é a freqüência de cada
ponto nos dados (13).
135
Neurociências
4.2. Análise no domínio temporal
A função modelo no domínio do tempo mais comumente utilizada para o ajuste de
dados de MRS contendo N pontos experimentais medidos yn é uma soma de senóides que decaem
exponencialmente (14), e que resultam em formas de linha Lorentziana no espectro (domínio da
freqüência):
y n = yˆ n + e n =
K
∑a
k =1
k
exp( jφ k ) exp[( − d k + j 2π f k ) t n ] + e n ,
n = 0,1, K , N − 1,
[10]
onde j = (-1)1/2 é a unidade imaginária, ak é a amplitude, φk é a fase, dk é o fator de
decaimento (ou damping), e fk é a freqüência da k-ésima senóide (k =1,...,K). tn = nΔt + t0, onde
Δt é o intervalo de amostragem (sampling interval) e t0 é o tempo do primeiro ponto da série
temporal a ser incluído na análise. Finalmente, en é um termo (complexo) de ruído branco
gaussiano. O circunflexo no y indica que esta é a função modelo que estamos tentando ajustar aos
dados medidos, representados por y sem o circunflexo.
Apesar de que os sinais individuais dos metabólitos podem ser representados por
exponenciais amortecidas complexas, na prática difilcilmente se consegue obter um campo
magnético perfeitamente homogêneo através da amostra. Por isso, as formas de linha vêem-se
afetadas dando como resultado desviações da função modelo ideal. Portanto da mesma forma que
é feito no domínio da freqüência, no domínio temporal pode-se usar uma função modelo
alternativa para o ajuste dos dados, como por exemplo a Gaussiana:
y n = yˆ n + e n =
K
∑a
k =1
k
exp( jφ k ) exp[( − g k t n + j 2π f k ) t n ] + e n ,
n = 0,1, K , N − 1,
[11]
onde gk é o fator de decaimento gaussiano. Recentemente vem sendo usada a função modelo de
Voigt, uma função que combina os modelos de Lorentz e Gauss:
y n = yˆ n + e n =
K
∑a
k =1
k
exp( jφ k ) exp[( − d k − g k t n + j 2π f k ) t n ] + e n ,
n = 0,1, K , N − 1, [12]
Diversos trabalhos têm mostrado que a função Voigt permite obter resultados iguais ou
melhores que aqueles obtidos através do ajuste com funções lorentzianas ou gaussianas individuais
(14,15).
4.3. Método AMARES para quantificação
O método AMARES, implementado no software jMRUI, é um método interativo de
quantificação, onde o usuário entra com conhecimento prévio relativo às ressonâncias que deseja
quantificar, e o método ajusta uma função modelo aos dados, com as restrições fornecidas pelo
usuário,
Como citado anteriormente, a função modelo no domínio do tempo mais comumente
utilizada para o ajuste de dados de MRS contendo N pontos experimentais medidos yn é uma
soma de senóides que decaem exponencialmente dada pela Equação [10]. O objetivo da
quantificação é encontrar valores para os parâmetros ak, φk, dk e fk. Isso é feito minimizando o
funcional
N −1
K
n=0
k =1
G (a, d, f, φ , t 0 ) = ∑ y n − ∑ a k exp( jφ k ) exp[(− d k + j 2π f k ) t n ]
136
2
= y − Bl
2
,
[13]
Desenvolvimento Tecnológico
onde y = [y0, ... , yN-1]T é o vetor com as amostras temporais do sinal,
l = [ a1 e , K , a K e jφ K ]T , e a, d, f, e φ são os vetores das amplitudes, decaimentos, freqüências e
fases respectivamente. O índice superescrito T denota transposta, o símbolo || . || denota a
norma euclideana, e
jφ1
⎡ e ( − d1 + j 2π f1 ) t0
⎢
B=⎢
M
(
−
d
+
j
⎢e 1 2π f1 ) t N −1
⎣
e ( − d K + j 2π f K 1 ) t 0 ⎤
⎥
O
M
⎥,
( − d K + j 2π f K ) t N −1 ⎥
L e
⎦
L
[14]
é uma matriz N×K de característica completa (full rank). O método AMARES minimiza o
funcional dado pela Equação [13], para ajustar os dados experimentais a uma função modelo
levemente modificada em relação à Equação [10]:
K
y n = yˆ n + en = ∑ a k exp( jφ k ) exp[ j ( − d k (1 − g k + g k t n )t n ) + j 2π f k t n ] + en ,
k =1
n = 0, K , N − 1
[15]
Ao contrário da função dada pela Equação [10], que permite apenas formas de linha
Lorentzianas para todos os picos, a função dada pela Equação [15] permite escolher entre uma
forma de linha Lorentziana (gk = 0) ou Gaussiana (gk = 1) para cada pico do espectro
separadamente, o que pode ser bastante vantajoso (14).
4.4. Algumas considerações
Nos métodos citados acima, a escolha da função modelo para o ajuste dos dados é
determinante para a obtenção de bons resultados. Devido a que os dados de MRS são adquiridos
no domínio temporal, é natural processar esses dados diretamente nesse domínio. O mais antigo e
ainda usado método de quantificação no domínio da freqüência baseado na integração direta da
área dos picos tem como principal desvantagem a baixa estimativa nas concentrações e a pouca
precisão nos resultados. Essa precisão depende de um faseamento apropriado (o qual esta longe de
ser um procedimento simples) e da escolha acertada da largura da área de integração;
especialmente, vê-se afetada naqueles casos onde os picos não estão bem separados ou onde
apresentam-se ressonâncias que distorcem a linha de base no domínio da freqüência. Porém,
métodos de ajuste no domínio da freqüência baseados na modelagem dos picos através de funções
senoidais ou exponenciais são totalmente equivalentes, desde um ponto de vista teórico, aos
métodos de ajuste no domínio temporal, sempre e quando sejam usadas funções modelo tipo
Lorentzianas.
Tem sido argumentado que a quantificação seletiva na freqüência, por exemplo, na
análise de certas regiões no espectro, é mais fácil no domínio da freqüência. Porém, isto não é
completamente certo, já que as extensões dos picos que não são incluídas na análise se sobrepõem
com a região de interesse, o que requer a modelagem das extensões desses picos com uma linha de
base adicional, procedimento que complica o ajuste.
Em resumo, as funções matemáticas modelo dos dados de MRS têm uma forma mais
simples no domínio temporal e são mais eficientes para computar, mas a interpretação visual dos
sinais medidos de MRS pode ser útil na hora de definir os valores iniciais para os métodos
interativos nesse domínio.
4.5. Método LCModel para quantificação
O método LCModel (8), implementado no software de mesmo nome, difere dos
métodos discutidos em que seu objetivo é ajustar uma função modelo aos dados que consiste de
uma combinação linear, não mais de ressonâncias isoladas, mas de espectros completos dos
137
Neurociências
metabólitos de interesse. Em relação ao software jMRUI, o software LCModel também difere em
outro aspecto importante: é um método não-interativo ou black-box, totalmente independente do
usuário.
A abordagem de modelar os dados com espectros completos não é exclusiva do
LCModel. Outros métodos, como por exemplo o QUEST (QUantitation based on QUantum
ESTimation) (16), também implementado no software jMRUI, seguem esse mesmo princípio. A
idéia por trás desses métodos é que cada metabólito é geralmente responsável por múltiplas
ressonâncias no espectro, e funções que modelem cada metabólito como um todo estariam mais
próximas do sinal medido do que a modelagem de ressonâncias avulsas, que não ocorrem na
realidade.
No entanto, o método QUEST difere do LCModel em que o ajuste do primeiro se dá no
domínio do tempo, enquanto que do LCModel se dá no domínio da freqüência; e principalmente,
na origem das funções base que são utilizadas para modelar os espectros. No QUEST, a base de
espectros é geralmente obtida através de simulações, utilizando Mecânica Quântica6 (17),
enquanto o LCModel usa medidas de MRS in vitro de metabólitos isolados. Este é o ponto forte
do software, que possui uma enorme base de espectros in vitro dos principais metabólitos
coletados em uma variedade de scanners e magnitudes de campo magnético usados no ambiente
clínico. Isso facilita a estimativa de concentrações absolutas dos metabólitos, que como vimos, é
uma grande dificuldade da MRS in vivo. Além disso, devido a que é um método totalmente
automático (somente requer o FID in vivo e o sinal da água sem suprimir), evita erros
provenientes da subjetividade introduzida pelo usuário, e maximiza a reproducibilidade e
comparação de resultados. O LCModel permite estimar as concentrações de metabólitos presentes
em baixas quantidades com alta precisão, o que é de grande utilidade para estudos fisiológicos e
clínicos (18).
5. MRS dinâmica
Como mencionado, a MRS in vivo permite analisar o conteúdo químico de uma região
específica do cérebro, porém, até os dias de hoje, isto tem sido feito quase que exclusivamente de
maneira estática. Embora isso permita extrair muitas informações, não é o ideal, já que o
metabolismo humano não pode ser “parado” durante uma aquisição. Por esse motivo, de alguns
anos para cá, o interesse em desenvolver técnicas dinâmicas de MRS (dMRS) tem crescido
consideravelmente.
Umas das grandes dificuldades em extrair espectros com resolução temporal suficiente
para serem considerados dinâmicos é a baixa SNR. Nas metodologias mais convencionais este
obstáculo é superado com aquisições mais longas mas que destroem a resolução temporal. Em tese
uma solução direta seria aprimorar a SNR aumentando a magnitude do campo magnético
utilizado, mas estudos mostram que para campos maiores que aproximadamente 4.0 T, o
aumento em SNR é contrabalanceado por uma diminuição na resolução espectral (aumento das
larguras de linha) devido a efeitos microscópicos de susceptibilidade (19). No entanto outras
alternativas vem sendo propostas.
5.1. dMRS com 13C para estudo do metabolismo cerebral
Uma delas, discutida em (19), é a substituição do átomo de hidrogênio por outro que
tenha um contraste maior e assim uma SNR melhor. Um forte exemplo para esta metodologia é a
utilização do isótopo 13C. O carbono, junto com o hidrogênio, é o principal componente das
substâncias orgânicas, sendo encontrado na natureza na proporção de 98,9% de 12C e 1,1% de 13C.
No entanto, entre estes isótopos, apenas o 13C pode ser detectado pela MRS, o que em primeira
vista, prejudica sua detecção dada sua baixa abundância natural. Porém estas características podem
ser contornadas com a introdução de isótopos fabricados em laboratório, fazendo do 13C uma
perfeita escolha para certos estudos dinâmicos. Por ter uma abundância tão baixa é de se esperar
Na realidade, o QUEST pode utilizar, também, uma base de medidas in vitro, mas esta deve ser providenciada
pelo usuário, pois não vem fornecida no software.
6
138
Desenvolvimento Tecnológico
que sua presença no organismo humano seja pequena, dessa forma ao introduzirmos alguma
substância marcada com 13C o sinal referente a este isótopo pode ser atribuído exclusivamente à
substância marcada, gerando uma grande SNR. Além disso, sabendo qual foi o átomo de 12C de
uma substância orgânica que foi substituído por um 13C, podemos, literalmente, acompanhar os
caminhos metabólicos deste átomo ao ser processado pelo organismo. As aplicações desta técnica
para estudo do metabolismo cerebral têm sido várias, incluindo o estudo do transporte de glicose
no cérebro humano; a medida do metabolismo do glicogênio cerebral em animais durante
situação de hipoglicemia; a detecção de um metabolismo extremamente lento de glicogênio no
cérebro humano; o achado de que o fluxo de piruvato carboxilase é essencial para o cérebro
humano in vivo; a demonstração de que o metabolismo glial é significativo em repouso e
basicamente oxidativo in vivo; o estudo do fluxo de malato-aspartato; o achado de que o
metabolismo de glutamato é afetado por estimulação fisiológica focal do cérebro humano. Uma
revisão desta técnica e aplicações pode ser encontrada em (20).
Finalmente, para um átomo de carbono ligado ao hidrogênio, é possível através do
acoplamento escalar heteronuclear utilizar parte da intensidade do sinal de hidrogênio para
aumentar tanto a sensibilidade quanto a resolução do espectro em questão. Em (21), um dos
primeiros trabalhos a utilizar 1H-MRS acoplado ao 13C de forma dinâmica e in vivo, monitorou-se a
contribuição relativa da glicose e glicogênio cerebral na formação do lactato em situação de
isquemia em cérebro de ratos. Em (22) utilizou-se essa técnica para avaliar o transporte de glicose
e a cinética metabólica no cérebro de gatos. Nesse trabalho foi usada uma seqüência rápida que
permitia a aquisição de 64 a 128 espectros em poucos segundos, e dessa forma monitoraram o
influxo de glicose por um período de 40 minutos (com resolução temporal de 86 segundos).
Estudos similares também foram realizados no cérebro humano (23). Uma revisão desta técnica e
aplicações pode ser encontrada em (19).
5.2. Transferência de magnetização
Uma outra metodologia para dMRS, que pode a princípio ser utilizada com qualquer
átomo que apresente uma ressonância, é a chamada transferência de magnetização (10). Esta
metodologia funciona para processos simples e com uma dinâmica mais rápida, que possua
necessariamente tempos menores que o tempo de relaxação do átomo em questão. Esta
metodologia é utilizada principalmente no estudo da dinâmica química de compostos em
equilíbrio, por exemplo os compostos A e B da Equação [16]:
k AB
A⇔ B
k BA
[16]
A metodologia divide-se em três etapas principais:
I. Preparação;
II. Evolução;
III. Medida.
Na etapa de preparação, uma seqüência de pulsos é efetuada de forma a magnetizar um
dos reagentes, por exemplo A. Na evolução, a dinâmica química transcorre normalmente, o que
resulta numa mistura de magnetização entre os reagentes: a magnetização das moléculas de A é
transferida para B e vice-versa, segundo a Equação [16]. Até que, na etapa da medida, faz-se a
aquisição do espectro e determinam-se as constantes (kAB e kBA) da dinâmica química. Vale notar
que por este processo, a molécula é “marcada magneticamente” na primeira etapa e somente
depois, na terceira etapa, é que é efetuada a medida. Por isso, o processo todo deve ter duração
menor que o tempo de relaxação do composto A (kAB >> 1/T1A), para que a marcação não se
perca.
A SNR nesta técnica pode ser mantida em níveis satisfatórios, pois o experimento pode
ser repetido diversas vezes sob condições idênticas (espera-se que a dinâmica de uma reação seja
139
Neurociências
sempre a mesma para aquela reação). Isso permite a aquisição de vários espectros para um mesmo
tempo de reação, e que podem ser somados e processados da forma convencional (estática).
Uma das maneiras de se realizar este método é denominado transferência de inversão,
em que na fase de preparação um dos reagentes recebe um pulso que inverte sua magnetização,
fazendo com que ele tenha um sinal negativo no espectro. Durante a evolução esta contribuição
“negativa” será trocada pela contribuição “positiva” do outro reagente do equilíbrio, o que fará
com que o espectro do reagente invertido aumente enquanto o espectro do reagente nãoinvertido diminua (Figura 6).
Figura 6. Transferência de inversão de magnetização do equilíbrio
químico da reação PCr – ATP (mediada por Creatina Kinase):
k PCr − ATP
PCr 2− + MgADP − + H + ⇔ Cr + MgATP 2− .
k ATP − PCr
Podemos observar que o sinal referente ao γ-ATP passa de negativo para positivo à
medida que a magnetização é transferida para a PCr reduzindo seu sinal. Adaptada de (10).
Outra forma de realizar a transferência de magnetização, conhecida como transferência
de saturação, consiste em saturar um dos reagentes na etapa de preparação. Dessa forma o
reagente saturado não irá apresentar qualquer sinal no espectro, o que reduzirá o sinal do outro
reagente à medida que houver a troca de magnetização (Figura 7).
Figura 7. Transferência de saturação de magnetização do equilíbrio
químico da reação PCr – ATP (mediada por Creatina Kinase):
k PCr − ATP
PCr 2 − + MgADP − + H + ←⎯
⎯
⎯→ Cr + MgATP 2 − .
Podemos observar que o sinal referente ao γ-ATP permanece nulo, enquanto que o sinal
referente à PCr diminui com o tempo. Adaptada de (10).
Vale notar que os exemplos aqui apresentados foram realizados utilizando 31P-MRS.
140
Desenvolvimento Tecnológico
5.3. MRS funcional
Para os casos de estudos dinâmicos que não envolvam uma dinâmica química específica,
mas sim uma dinâmica com processos mais complexos relacionados ao funcionamento do cérebro,
não se desenvolveu, ou favoreceu, qualquer metodologia específica. De fato, existem poucos
trabalhos que abordam o tema, cada um de forma diferente. A seguir descrevemos alguns deles.
A abordagem mais simples possível seria do tipo da apresentada em (24), onde foram
feitas apenas 2 medidas de 1H-MRS, antes e após (20 minutos) a realização de exercício físico
aeróbico pelos sujeitos do estudo. O objetivo era verificar se as variações de humor nos indivíduos
apresentadas após o exercício eram mensuráveis via MRS. Para isso foi posicionado um voxel para
coleta dos dados no lobo frontal esquerdo, e o estudo usou uma seqüência PRESS com TR = 1500
ms e TE = 135 ms7. No entanto, este estudo não chegou a detectar variações nas concentrações
relativas dos principais metabólitos mensuráveis.
Outra abordagem utilizada que aparece em alguns trabalhos é o desenho em blocos,
similar ao utilizado em experimentos de fMRI. Por exemplo em (25) estudou-se a atividade
neuronal durante uma estimulação visual. No protocolo proposto o indivíduo é submetido a
estímulos que se repetem ao longo do tempo, o que, assume-se, criaria padrões nas condições e
processos químicos cerebrais ao longo do tempo. Dessa forma várias aquisições podem ser feitas
para uma janela temporal pequena, referente a um instante do experimento. A baixa SNR pode
então ser contornada dada a periodicidade do experimento, que possibilita várias aquisições para
um mesmo tempo relativo ao estímulo. Finalmente, alterando a posição (atraso) da janela de
aquisição é possível varrer temporalmente os instantes após o estímulo, e acompanhar a dinâmica
química cerebral gerada por este (Figura 8). Para a coleta dos dados neste trabalho utilizou-se uma
seqüência PRESS, com TR = 7500 a 15000 ms (dependendo do atraso utilizado), TE = 270 ms, e
campo de 1.5 T. Os espectros utilizados consistiram da média entre 128 espectros. Os autores
utilizaram atrasos de 0, 3, 5, 8 e 12 segundos, e verificaram uma diminuição de lactato no início da
ativação neuronal. A resolução temporal da MRS conseguida com esta abordagem foi portanto de
2 segundos (equivalente ao menor atraso utilizado).
Figura 8. Esquema para o experimento funcional descrito em (25) com janela de aquisição ao longo de experimento.
Variando os atrasos do início da janela com relação ao estímulo (visual) pôde-se obter a variação de lactato ao longo
do tempo.
7
No artigo não é feita menção à magnitude do campo magnético utilizado.
141
Neurociências
Um outro tipo de desenho em blocos para MRS também foi utilizado em (26),
juntamente com fMRI, para verificar a resposta do lactato numa tarefa de geração de palavras em
silêncio. O desenho utilizado, ilustrado na Figura 9, consistiu num desenho em blocos de fMRI (7
blocos de 30 segundos alternando off e on) para detectar a área ativada8, seguido de um desenho
em blocos de 1H-MRS (4 runs consistindo de 1 aquisição sem supressão da água, seguido de 10
blocos de 1 minuto alternando off e on, sendo que no primeiro run a condição on correspondia à
baseline e nos demais runs a condição on correspondia à tarefa). Os parâmetros utilizados foram
seqüência PRESS (ou PROBE, que é a versão automatizada da GE) com TR = 1500 ms, TE =
288/144 ms, e campo de 1.5 T. Embora não esteja claro no texto, parece que os espectros
utilizados foram obtidos da média sobre os blocos de 1 minuto, e portanto essa seria a resolução
temporal das medidas da variação dos metabólitos deste experimento. Neste trabalho verificou-se
o aumento do lactato em resposta à tarefa de geração de palavras silenciosas.
Figura 9. Esquema para o experimento funcional descrito em (26), que utilizou fMRI para encontrar o volume de
interesse (VOI) para a realização de uma medida funcional de 1H-MRS durante tarefa de geração de palavras em
silêncio.
Em (27), utilizou-se ainda uma outra abordagem. O objetivo neste caso foi verificar a resposta dos
principais metabólitos mensuráveis via 1H-MRS a um estímulo visual em pacientes com enxaqueca,
com e sem sintomas envolvendo aura visual, além de um grupo controle. Para isso, posicionou-se
o voxel no córtex visual, e utilizou-se um desenho consistindo de um bloco de baseline (1
espectro), seguido de um bloco on (7 espectros), seguido de um bloco off (2 espectros) (Figura
10). Para a coleta dos dados utilizou-se uma seqüência PRESS com TR = 2000 ms, TE = 144ms, e
campo de 1.5 T. Cada espectro foi obtido a partir da média sobre um período de 220 segundos,
sendo essa a resolução temporal atingida. Os autores encontraram uma diminuição nos valores de
N-acetil-aspartato no início do estímulo visual, com retorno ao valor original após o estímulo; e
um comportamento inverso para o lactato, que apresentou um pequeno aumento no início do
estímulo, diminuindo em seguida nos minutos seguintes ao estímulo. Ambos comportamentos
foram mais acentuados para os pacientes com sintomas de aura visual.
A detecção da área ativada foi feita em tempo real por um software do scanner da GE, e posteriormente
confirmada através de análise no SPM (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/).
8
142
Desenvolvimento Tecnológico
Figura 10. Esquema para o experimento funcional descrito em (27), com apenas 2 blocos. O objetivo foi medir a
variação de metabólitos em resposta a estímulo visual em pacientes com enxaqueca com e sem aura e em um
grupo controle.
Em (28), Sándor et al. também estudaram pacientes com enxaqueca, todos com aura, e um grupo
controle, sob estímulo visual. Os pacientes foram ainda divididos em 2 subgrupos, um com
enxaqueca apenas com aura visual, e outro com enxaqueca com aura associada a algum outro
sintoma. Neste trabalho a abordagem utilizada diferiu da do trabalho descrito acima (27), pois
utilizou a técnica de MRS Imaging (MRSI) ou CSI, mencionada na Seção 3. Como vimos, esta
técnica utiliza os mesmos gradientes de campo utilizados na aquisição de imagens (MRI) para gerar
espectros de mais de uma região (voxel) ao mesmo tempo (Figura 11). Dessa forma o problema da
baixa SNR pode ser contornado sacrificando-se a resolução espacial porém mantendo-se a
resolução temporal, pois os vários espectros dos diferentes voxels, referentes a um mesmo instante,
podem ser somados para melhorar a SNR. Os parâmetros utilizados aqui foram uma matriz de 8 ×
8 com FOV de 150 × 150 mm2, TR = 1500 ms, TE = 288 ms e campo de 1.5 T (o que resultava
em pouco mais de 2 minutos para realizar a aquisição de toda a matriz). Os espectros utilizados
resultaram de uma média de 4 aquisições, num tempo total de 7 minutos por matriz de espectros
(resolução temporal). Os voxels da matriz foram divididos em voxels pertencentes ao córtex
visual, voxels não pertencentes ao córtex visual, e voxels que continham uma mistura de ambos
(córtex visual e “não-visual”), sendo que estes últimos foram excluídos da análise. Os autores
encontraram um aumento de lactato no córtex visual (com pico no segundo bloco on) dos
pacientes com aura visual associada a outros sintomas.
Figura 11. Esquema para o experimento funcional descrito em (28), que
utilizou MRSI para estudar a resposta metabólica de pacientes com
enxaqueca com aura visual e um grupo controle a um estímulo visual.
6. Conclusões
Apresentamos aqui um sumário da técnica de MRS, incluindo os princípios físicos, os
aspectos técnicos e os métodos de quantificação dos sinais. Também revisamos algumas aplicações
dinâmicas desta técnica, como a utilização de marcação com 13C para estudo do metabolismo via
1H e 13C-MRS, as técnicas de transferência de magnetização, e em particular, algumas poucas
aplicações “funcionais” da MRS existentes na literatura. A revisão no entanto não foi de forma
alguma exaustiva, tendo deixado alguns tópicos de fora que não são menos importantes, como a
utilização da 31P-MRS para estudo do metabolismo energético9. É interessante notar que os
9
Embora os exemplos dados de transferência de magnetização tenham sido de 31P-MRS.
143
Neurociências
exemplos de MRS funcional encontrados usaram todos campos de baixa intensidade (1.5 T), e com
exceção da técnica descrita em (25) (Figura 8), a resolução temporal alcançada para as medidas da
variação dos metabólitos ainda deixa bastante a desejar. Todos esses exemplos, de fato, mostram
que ainda há uma série de melhoras que podem ser realizadas para o aprimoramento da técnica. É
precis lembrar que o tipo de informação fornecido pela MRS é único se comparado às outras
técnicas baseadas em MR, e a MRS possui a vantagem de ser inócua se comparada a outras técnicas
que avaliam o metabolismo como PET ou SPECT. Acreditamos portanto que a aplicação da dMRS
para estudos funcionais possui grande potencial, e deverá ser bastante explorada em trabalhos
futuros.
144
Desenvolvimento Tecnológico
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146
C NMR
13
Desenvolvimento Tecnológico
ESTUDO FUNCIONAL DO CÉREBRO ATRAVÉS DE NIRS E TOMOGRAFIA ÓPTICA DE DIFUSÃO
Rickson C. Mesquita1; Roberto J. M. Covolan
1. Introdução
O uso de imagens ópticas na região do infravermelho próximo como meio de
investigação em neurociências tem sido cada vez mais freqüente. Ao longo da última década, este
tipo de tecnologia deixou de ser apenas promissora para se tornar uma realidade prática.
Atualmente, a obtenção de imagens cerebrais através de técnicas ópticas é prática comum nos
principais laboratórios de neuroimagem do mundo.
Para entender o princípio básico desta tecnologia emergente, é necessário conhecer um
pouco sobre como a luz interage com o tecido biológico. De forma geral, quando uma onda
eletromagnética incide num meio material, vários fenômenos podem acontecer: enquanto parte
da luz é refletida, outra parte consegue penetrar no material óptico. Ao se propagar dentro do
meio, a onda eletromagnética pode sofrer refração, ser absorvida ou espalhada pelos
átomos/moléculas que compõem esse meio, além de poder contribuir para processos de
luminescência2. A probabilidade de ocorrência de cada um desses fenômenos depende das
propriedades ópticas do meio, que por sua vez dependem do comprimento de onda da radiação.
Ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda na faixa do infravermelho, de
aproximadamente 2500 nm a 25 μm, são facilmente absorvidas pelo tecido humano através de
seu principal constituinte, a água, cujo espectro favorece a absorção de luz nessa região. Por outro
lado, a luz visível, que ocupa uma faixa de comprimentos de onda entre 400 nm e 700 nm,
aproximadamente, é fortemente espalhada pelo tecido humano e não consegue atravessá-lo. Entre
o espectro visível e a região do infravermelho temos o infravermelho próximo (NIR, do inglês
near infrared), localizado entre 750 nm a 2500 nm, aproximadamente3. Nessa região, a luz NIR é
fracamente absorvida pelo tecido humano. O seu coeficiente de espalhamento é tal que faz com
que a luz incidente se espalhe em todas as direções, tornando possível detectar este tipo de
radiação mesmo após ter penetrado alguns centímetros no tecido. É esta “janela óptica” do tecido
humano que é explorada através de uma forma de espectroscopia, denominada NIRS, que pode
ser utilizada como uma forma de mapeamento cerebral e cujos fundamentos serão detalhados
adiante.
Do ponto de vista de suas propriedades ópticas, o tecido biológico pode ser descrito
através dos coeficientes de absorção (μa) e de espalhamento (μs). Valores típicos para estas
grandezas no cérebro são μa = 1,4 cm-1 e μs = 350 cm-1 (1). Nos comprimentos de onda aqui
considerados, μa varia significativamente com a concentração e o tipo de hemoglobina presente no
tecido. É esta sensibilidade das propriedades ópticas da oxi-hemoglobina (HbO) e da deoxihemoglobina (HbR), aliada ao fato de ser baixo o coeficiente de absorção da água nessa região,
que permite determinar os níveis de oxigenação do tecido com base no espalhamento de luz.
Em resumo, a obtenção de imagens ópticas e a espectroscopia óptica consistem em
explorar as características ópticas do tecido biológico, que é altamente espalhador de luz e que
possui coeficientes de absorção relativamente baixos na região do infravermelho próximo do
espectro eletromagnético. Estas propriedades permitem a penetração da luz no tecido e sua
conseqüente propagação por alguns milímetros. A interação dos fótons com moléculas
fotossensíveis presentes no meio (conhecidas como cromóforos), como HbO, HbR e água, permite
inferir informações sobre o nível de oxigenação do tecido. Com isto, é possível produzir espectros
e imagens ópticos para aplicações médicas, de forma segura e não-invasiva, a partir de um tipo de
radiação não-ionizante, e de baixa potência.
As primeiras evidências do uso de luz contínua em aplicações médicas datam do início do
século passado, quando Cutler (2) propôs detectar lesões com este método, em 1929. Em meados
Endereço para correspondência: Rickson Coelho Mesquita - e-mail: [email protected] - DRCC - IFGW UNICAMP, CP 6165, CEP 13083-970, Campinas, SP
2 Se a intensidade do feixe de luz for muito alta, outros fenômenos não lineares também podem ocorrer.
3 Não existe uma definição clara na literatura entre o fim do espectro visível e o início do NIR.
1
147
Neurociências
da década de 1930, apareceram os primeiros oxímetros, instrumentos que fornecem informação da
saturação de oxigênio no sangue arterial (3), e que utilizam o mesmo princípio das técnicas de
NIRS para o estudo do cérebro. Mais tarde, o advento do laser na década de 1960 levou ao
aparecimento de técnicas mais robustas, explorando as propriedades desta nova fonte de luz,
como estudos para determinação do fluxo sangüíneo através do Doppler com luz laser
(fluxometria por Doppler com laser) (4).
Apesar da oximetria e fluxometria por Doppler com lasers fornecerem informações a
partir das propriedades ópticas do tecido, nenhuma delas é capaz de medir a dinâmica vascular do
cérebro a partir do escalpo. Foi somente no fim da década de 1970, a partir dos trabalhos
pioneiros de Jöbsis (5], que surge a espectroscopia no infravermelho próximo (ou NIRS), com o
objetivo de monitorar no tempo as variações da oxigenação cerebral durante o estado basal.
Utilizando os princípios das técnicas anteriormente citadas e fontes de luz na faixa do
infravermelho próximo, capazes de penetrar o escalpo de forma não-invasiva, a NIRS permite
quantificar variações relativas na concentração de cromóforos dentro de meios altamente
espalhadores de luz (como o cérebro), medindo a densidade de fótons após se propagarem nesse
meio. Pouco mais de década depois, percebeu-se que é possível ir além da espectroscopia e
localizar espacialmente as variações das propriedades de absorção e espalhamento do tecido,
produzindo imagens não-invasivas que refletem parâmetros fisiológicos, como volume sangüíneo e
oxigenação. Deu-se início à Tomografia Óptica de Difusão4 (DOT, do inglês Diffuse Optical
Tomography, ou DOI, Diffuse Optical Imaging), cuja idéia básica é iluminar o tecido com um
conjunto de fontes de luz e medir a luz espalhada com outro conjunto de detectores. Desde então,
tanto NIRS quanto DOI passaram a ser cada vez mais utilizadas como técnicas não-invasivas
disponíveis para estudos do cérebro humano. A variedade de possíveis aplicações, aliada ao baixo
custo e à sua portabilidade, torna este método ainda mais atraente para estudos em neurociência
funcional.
A obtenção de imagens ópticas em neurociência funcional para humanos foi introduzida
recentemente no Brasil, através do grupo de Neurofísica do Instituto de Física da Unicamp, ao
qual pertencem os autores deste artigo. Além de introduzir os fundamentos básicos da NIRS e
DOT, enfocando suas aplicações em neurociências, pretendemos neste texto apresentar alguns
resultados recentes obtidos por nosso grupo com o auxílio desta técnica. A seção 2 deste artigo
apresenta a física do problema de transporte de fótons, descrevendo a propagação da luz no
tecido; as seções 3 e 4 analisam, respectivamente, aspectos metodológicos da análise de dados
ópticos e da reconstrução de imagens a partir destes. Na seção 5, discutimos a instrumentação para
aquisição de dados ópticos utilizando luz NIR contínua. Por último, na seção 6, apresentamos
algumas aplicações da metodologia à neurociência funcional, enfocando os recentes experimentos
realizados por nosso grupo.
2. Propagação da luz no tecido
Em princípio, a propagação da luz no tecido poderia ser modelada como um feixe de luz
penetrando num meio óptico, diretamente a partir das equações de Maxwell ou utilizando óptica
geométrica. No entanto, em meios densos, o número de interações entre os fótons e o meio é
muito grande (Figura 1), de forma que nenhuma destas duas teorias é aplicável a este caso. O livre
caminho médio no tecido biológico, por exemplo, é da ordem de 28 μm, correspondendo a um
tempo de propagação de aproximadamente 0,13 ps. Nesses casos, uma descrição em termos do
movimento aleatório de fótons entre as moléculas do meio (modelo corpuscular) torna-se mais
adequada.
O termo diffuse refere-se à forma de transporte dos fótons, que pode ser aproximado pela difusão, como
veremos na seção 2.
4
148
Desenvolvimento Tecnológico
Figura 1. Representação pictórica das principais
interações que um fóton pode sofrer durante sua
propagação no tecido biológico, desde sua entrada
até a eventual saída do meio, a alguns centímetros
de distância na mesma superfície. Nesta trajetória,
pode haver sucessivos espalhamentos com as
moléculas do meio, resultando num longo livre
caminho médio total, como em a; alguns
espalhamentos podem resultar num caminho mais
curto até a saída, como em c; menos comum em
meios turvos, como o tecido biológico, há ainda
alguns fótons que são absorvidos pelo meio, como
em b.
Uma possível abordagem que leva em conta a propagação de fótons num meio muito
denso é a teoria de transporte linear, na qual a luz é tratada como um conjunto de fótons
propagando-se através de um meio, que é caracterizado pelos seus coeficientes de absorção e de
espalhamento, contendo possivelmente regiões discretas de não-homogeneidade. Nesse modelo,
apenas as interações entre as partículas de luz e o meio são levadas em conta, sendo desprezados
os efeitos de polarização. O transporte de fótons num meio denso é governado por uma
aproximação das equações de Maxwell, conhecida como equação de transporte radiativa (RTE),
ou equação de transporte de Boltzmann:
r ⎞
r
⎛1 ∂ r ˆ
ˆ , t ) = μ (r ) f (Ω
+ ∇ ⋅Ω + μt (r ) ⎟ L(r , Ω
S
⎜
∫4π ˆ , Ωˆ ') ⋅ L(r, Ωˆ ', t )d Ωˆ '+ Q(r, Ωˆ , t )
⎝ v ∂t
⎠
(1)
ˆ , t ) é a radiância (número de fótons por unidade de volume) na posição r,
onde L ( r , Ω
Ω̂ , e tempo t, v representa a velocidade do fóton no meio, μ t é o coeficiente de
ˆ ,Ω
ˆ ') é a
transporte óptico, dado pela soma dos coeficientes de absorção e espalhamento, f (Ω
direção
ˆ , t ) representa um termo de fonte, ou a fonte de luz na
função de fase de espalhamento5, e Q ( r , Ω
posição r no tempo t, viajando na direção Ω̂ , neste caso. A equação (1) nada mais é do que uma
equação de conservação de energia, estabelecendo que, para um instante de tempo t qualquer, a
quantidade de fótons saindo de um certo elemento de volume (lado esquerdo da equação) é igual
ao número de fótons entrando neste mesmo espaço (lado direito da equação).
Soluções analíticas da equação de transporte só são possíveis para meios altamente
simétricos e simples, o que não é o caso de meios biológicos, especialmente o cérebro. Uma forma
alternativa é considerar soluções aproximadas, como a aproximação PN, pela qual a radiância, a
5
A função de fase de espalhamento dá a probabilidade de um fóton viajando na direção
direção
Ω̂
ser espalhado na
ˆ '.
Ω
149
Neurociências
m
função de fase e o termo de fonte são expandidos em harmônicos esféricos Yl , truncando-se a
série em l = N. Esta aproximação resulta, porém, num custo computacional muito alto para
encontrar a solução num volume relativamente grande, como o transporte de fótons no córtex.
Quanto maior N, maior o custo computacional.
Tomando-se apenas o primeiro termo da expansão, e assumindo que a função de fase de
espalhamento independe do ângulo, que o fluxo de fótons varia lentamente, e que todas as fontes
envolvidas no problema são isotrópicas, obtém-se a equação de difusão de fótons:
ur
r ur r
r
r
r
∂ r
−∇ ⋅ D(r )∇Φ(r , t ) + vμa (r )Φ(r , t ) + Φ(r , t ) = vQ0 (r , t )
∂t
(2)
r
 , t )d Ω
'
Φ ( r , t ) = v ∫ L( r , Ω
(3)
onde
e
4π
D=
v
3( μ a + μ s' )
representam a fluência (quantidade de fótons por unidade de área por unidade de
tempo) e o coeficiente de difusão, respectivamente. A equação (2) representa uma solução
aproximada para a equação de transporte radiativa quando a probabilidade de espalhamento de
um fóton dentro de um determinado meio é muito maior que a sua probabilidade de absorção.
A aproximação de transporte difusivo de fótons tem sido amplamente utilizada para
modelar a propagação da luz no tecido. A hipótese de que a fluência de fótons obedece a uma
equação de difusão em meios altamente espalhadores de luz foi mostrada em vários estudos (6, 7,
8). No entanto, é necessário tomar alguns cuidados em certas situações em que as condições
mencionadas acima não se aplicam, como nos locais próximos da fonte, da superfície, de tecidos
anisotrópicos e em regiões onde temos alta absorção ou baixo espalhamento. Nesses casos,
aproximações de ordens maiores da RTE são necessárias. O leitor pode encontrar dois excelentes
artigos de revisão sobre o assunto nas referências (9,10) para maiores detalhes.
3. Determinação da concentração de cromóforos
Em um típico experimento de espectroscopia no tecido, um equipamento de NIRS mede
a intensidade da luz que atravessa o cérebro e chega a um detector posicionado sobre o escalpo.
Esta luz é proveniente de uma fonte de laser NIR e potência extremamente baixa (da ordem de 15
mW). A luz medida em cada detector é resultante da somatória de todos os fótons que atravessam
o escalpo, sofrem espalhamento do meio, e são detectados na posição do fotodetector, colocado
a alguns centímetros de distância da fonte de luz. Naturalmente, a trajetória realizada é diferente
para cada fóton, criando um perfil de sensitividade da luz detectada em relação ao tecido
biológico (Figura 2).
150
Desenvolvimento Tecnológico
Figura 2. Um exemplo fictício do perfil
de sensibilidade de uma medida
NIRS/DOI,
determinada
pela
propagação da luz através do tecido,
proveniente de uma fonte, e que chega
a um detector posicionado a alguns
centímetros de distância da fonte.
Apesar de fótons balísticos quase não
viajarem pelo tecido, grande parte dos
fótons que chegam ao detector
interagem no córtex cerebral.
As propriedades de espalhamento e absorção do tecido, determinantes para o perfil de
sensibilidade, são dependentes do comprimento de onda. Na faixa dos comprimentos de onda λ
= 650 – 950 nm, utilizada para experimentos no cérebro, os cromóforos dominantes no meio são
HbO e HbR, de forma que o coeficiente de absorção do tecido é dado por
μ a ( λ ) = ε HbO ( λ ) ⋅ [ HbO ] + ε HbR ( λ ) ⋅ [ HbR ]
(4)
Onde εi e [i] indicam o coeficiente de extinção e a concentração do cromóforo i,
respectivamente. A equação (4) mostra que, dado os coeficientes de extinção dos cromóforos, é
possível estimar as concentrações de hemoglobina no cérebro através de medidas do coeficiente de
absorção para dois comprimentos de onda diferentes6.
A variação no coeficiente de absorção pode ser calculada a partir da variação
normalizada da intensidade de luz incidente num detector, denotada pela densidade óptica (OD).
A lei de Beer-Lambert estabelece que a OD num detector i é proporcional ao coeficiente de
absorção:
r
⎛ Φ (t , λ ) ⎞
ΔODi (t , λ ) = − log ⎜ ij
= ∫ Δμa (t , λ ) ⋅ d r
⎟
⎜ Φ (0, λ ) ⎟
⎝ ij
⎠ Γ
(5)
Pode-se também obter a concentração de outros cromóforos secundários, como citocromo oxidase (11), incluindo
sua contribuição no cálculo do coeficiente de absorção da equação (4). Neste caso, para o sistema ainda ser
determinado, seriam necessários medidas desta grandeza para três comprimentos de onda diferentes.
6
151
Neurociências
onde a fluência Φij descreve a luz emitida na fonte j e que é observada no detector i. A
integral na equação é uma integral de caminho sobre todo o conjunto de trajetórias possíveis para
os fótons através do tecido Γ. Em geral, Φij é proporcional à amplitude do sinal medido num
instrumento. No entanto, esta hipótese assume uma linearidade operacional do equipamento, o
que nem sempre é verdade. Uma solução é normalizar a fluência, de forma que as características
do instrumento (eficiência do detector, estágios de amplificação, potência do laser, efeitos de
temperatura) sejam negligenciadas. O preço a pagar é a estimativa de valores relativos, e não
absolutos, para variações na absorção do meio.
Durante ativação cerebral, variações nas concentrações de HbO e HbR resultam em
variações na absorção da luz dentro do tecido. Para medidas hemodinâmicas funcionais típicas,
assume-se que essas variações são pequenas, insuficientes para perturbar o caminho da luz através
do tecido. Assim, podemos trocar a integral de caminho na equação (5) pela multiplicação de um
livre caminho médio Lij. Generalizando esta condição para um conjunto discreto de elementos de
volume (voxels), temos
Nvox
ΔODi (t , λ ) = Lij (λ )∑ Δμa , j (t , λ )
(6)
j =1
A equação acima, derivada da lei de Beer-Lambert, é válida apenas na ausência de
espalhamento (12), o que está longe de ser o caso para nosso objeto de estudo. Como, em geral, o
caminho médio da luz depende das propriedades de espalhamento do tecido, usamos a lei de
Beer-Lambert modificada (MBLL, do inglês modified Beer-Lambert law) para contabilizar estes
efeitos e levar em conta a propagação difusiva da luz (13), que inclui um fator de caminho
diferencial adicional (lDPF), de forma que ΔOD passa a ser dada por
ΔODi (t , λ ) = ∑ ε n (λ ) ⋅ Δcn (t ) ⋅ Lij (λ ) ⋅ lDPF (λ )
(7)
n
onde a variação de concentração do n-ésimo cromóforo, Δcn, pode ser encontrada
através de medidas de intensidade em função do tempo para n diferentes comprimentos de onda7.
Em particular, se n = 2 podemos inverter a equação (7) e resolver o sistema resultante para
estimar Δ[HbO(t)] e Δ[HbR(t)], simultaneamente. A soma destas duas grandezas dá a variação de
hemoglobina total, Δ[HbT(t)], que é proporcional à variação do volume sangüíneo na região
cerebral analisada (ΔCBV).
Uma limitação dos experimentos de NIRS realizados com iluminação contínua reside no
fato de medir apenas variações relativas de oxigenação do tecido. Uma quantificação absoluta
depende do conhecimento do caminho diferencial e de efeitos de volume parcial, cujos valores
reais não são disponíveis, principalmente levando-se em consideração as diferentes estruturas
cerebrais pelas quais a luz atravessa. Ainda assim, esta é uma técnica bastante eficaz para detectar
zonas de ativação cerebral.
4. Reconstrução da imagem
A equação (7) também pode ser escrita na forma matricial y = Ax. Uma imagem óptica é
reconstruída pela inversão desta equação, onde Δμa ou Δcn (vetor x) é determinado a partir do
conjunto de medidas ópticas (vetor y) e da matriz A. No entanto, este é um problema malcondicionado – a matriz A não pode ser invertida diretamente – e indeterminado – há mais
variáveis que medidas.
7
Um ponto importante é escolher os comprimentos de onda a serem utilizados de forma a minimizar efeitos de
cross-talk entre as intensidades medidas. Nestes comprimentos de onda ótimos, os caminhos diferenciais são
aproximadamente os mesmos, e embora este valor determine a amplitude da resposta hemodinâmica, as variações
relativas não são alteradas. Para uma discussão mais detalhada a respeito desta otimização, ver referência (14).
152
Desenvolvimento Tecnológico
Várias técnicas para reconstrução de imagens têm sido propostas (9,10,15), e com elas
algoritmos cada vez mais avançados vêm sendo desenvolvidos. A maioria destas tentativas busca
resolver o problema inverso da equação de difusão (equação (2)), de forma a encontrar os
coeficientes ópticos e reconstruir a concentração de cromóforos a partir da lei de Beer-Lambert.
Para geometrias fonte-detector que levam em consideração os primeiros vizinhos apenas,
a técnica de retro-projeção ponderada pode fornecer uma solução aproximada para o problema
inverso:
x = ( AS )T y
(8)
onde a matriz diagonal S (matriz de pesos) normaliza a matriz A. O objetivo desta
técnica é fazer uma interpolação linear de x entre os valores do vetor y.
Uma solução alternativa é contornar a singularidade da matriz A utilizando a matriz
inversa de Moore-Penrose, que oferece um processo de inversão mais eficiente se A é
indeterminado. Neste caso, o problema inverso linear pode ser expresso como:
x = A T ( A A T + α v m ax I ) −1 y
(9)
onde vmax é o máximo autovalor de AAT, I é a matriz identidade e α é um parâmetro de
normalização definido arbitrariamente.
O fato de o problema ser indeterminado implica na não-unicidade da solução, o que
significa que diferentes imagens equivalentes podem levar ao mesmo vetor de dados ou
observação. Este fato é crítico, visto que afeta a acurácia da reconstrução óptica. Uma forma de
contornar o problema é incorporar informações adicionais como vínculos ao problema da
reconstrução. Alguns estudos sugerem, por exemplo, o uso de imagens estruturais de ressonância
magnética (16). A melhor resolução espacial desta técnica pode restringir as soluções factíveis do
problema e/ou identificar a solução única para a reconstrução óptica. A aplicação de métodos
como este ainda é motivo de grande debate, sendo necessárias validações experimentais e estudos
mais profundos.
5. Instrumentação
Comparada às principais técnicas disponíveis em neurociência funcional, a NIRS apresenta
várias vantagens devido ao seu baixo custo, portabilidade, flexibilidade, especificidade bioquímica
e alta sensibilidade para detectar pequenas concentrações. Sua principal característica é a alta
resolução temporal, da ordem de milisegundos.
A resolução espacial, entretanto, é
intrinsecamente limitada devido à necessidade de propagação de luz através do tecido, não
passando de 1,5 cm.
Num sistema óptico, quatro aspectos são fundamentais: a geometria fonte-detector, o
método de excitação, os comprimentos de onda utilizados, e a quantidade de canais disponíveis.
A geometria está relacionada com o posicionamento dos optodos, tanto as fontes de
lasers quanto os detectores, e caracteriza a localização do sinal óptico medido. As duas formas
mais comuns de posicionamento são a transmissiva, onde fontes e detectores são posicionados em
superfícies opostas do tecido, e a reflexiva, na qual ambos ficam no mesmo lado da superfície.
Quanto ao método de excitação do tecido, podemos identificar três esquemas: excitação
no domínio do tempo, excitação no domínio da freqüência e iluminação contínua. No primeiro,
aplicam-se pequenos pulsos de luz, tipicamente da ordem de alguns picosegundos, e detecta-se a
distribuição temporal da chegada dos fótons após se propagar pelo tecido. A forma desta
distribuição está relacionada com os coeficientes de absorção e espalhamento do tecido, sendo
possível medir quantitativamente estes parâmetros, além de se ganhar informação a respeito do
caminho óptico no tecido. Embora esta técnica seja a mais adequada para explorar
quantitativamente as propriedades do tecido, trata-se de uma metodologia com relação sinal-ruído
(SNR, do inglês Signal-to-Noise ratio) muito baixa, uma vez que o objeto medido está relacionado
153
Neurociências
com o número de fótons num intervalo de tempo extremamente pequeno. Além disso, o custo do
aparato optoeletrônico necessário para tal detecção é bastante elevado, além do tempo de
aquisição ser relativamente alto (atualmente, alguns minutos).
Na espectroscopia no domínio da freqüência, a amplitude da luz é modulada numa certa
freqüência f, produzindo uma onda de difusão dentro do meio. A amplitude e a fase desta onda
são os parâmetros observáveis, que estão relacionados com os parâmetros ópticos do meio. Cabe
salientar que os dois modos de excitação comentados estão relacionados através da transformada
de Fourier, e são equivalentes se for possível varrer diferentes freqüências de modulação no
domínio da freqüência.
A técnica mais simples e mais fácil, além de mais barata, é a excitação com iluminação
contínua (CW, do inglês continuous wave). Por isso tudo, é a que mais vem sendo utilizada em
estudos funcionais cerebrais. Neste caso, a intensidade da fonte é constante8, e a amplitude
transmitida é medida em função da distância de separação fonte-detector e/ou do comprimento
de onda. Assim, a técnica CW é um caso especial do domínio da freqüência quando f → 0. Este
método permite altas taxas de aquisição de medidas (até 100 Hz), é capaz de atingir uma
resolução temporal de até 10 ms, mas a perda da informação temporal dos fótons torna a
quantificação das propriedades ópticas do tecido (e, conseqüentemente, da concentração de
cromóforos) mais difícil. Contudo, geralmente o interesse imediato é nas variações relativas destas
grandezas. Sistemas que operam em CW apresentam alto SNR, se comparado com as
metodologias anteriores. A Figura 3(a) mostra um típico equipamento CW, conhecido como CW-6
(TechEn, Inc., Milford, MA, EUA).
Ao escolher comprimentos de onda ótimos, o espectro de absorção dos principais
absorvedores do tecido deve ser levado em conta. Em geral, a escolha é feita entre 670 e 900 nm,
pois abaixo desta faixa a luz é fortemente absorvida pela hemoglobina, acima disso é a água a
principal molécula absorvedora. A fim de maximizar a sensibilidade à variação de concentração de
hemoglobina, é necessário escolher um comprimento de onda antes e outro depois de 805 nm,
ponto onde os coeficientes de absorção de HbO e HbR se equivalem. Geralmente, é comum 830
nm ser o ponto depois de 805 nm, uma vez que a sensibilidade de fotomultiplicadoras decai
rapidamente acima de 840 nm. O outro comprimento de onda depende do instrumento
disponível, mas vários estudos têm chegado ao consenso de que comprimentos de onda de 690 ou
750 nm minimizam erros sistemáticos ou aleatórios (17,18).
Por fim, a utilização de diferentes canais através da combinação de fontes e detectores
também é assunto de interesse em estudos ópticos, e importante para a otimização da análise
funcional que se pretende fazer. O número de canais dos sistemas disponíveis tem aumentado com
o tempo. Os equipamentos atuais têm em média 8 fontes e 16 detectores, sendo que aparelhos
tipo CW com o dobro de optodos já estão disponíveis no mercado há algum tempo. Como a
resolução das imagens ópticas é proporcional à separação fonte-detector, que tipicamente varia
entre 2 – 4 cm, um maior número de optodos pode levar a uma maior cobertura de uma
determinada região a se estudar. Um ponto de estudo extremamente importante é a localização
destes optodos, a fim de gerar o maior número de canais possível. Isto ajuda na solução do
problema inverso para a obtenção de imagens ópticas, como descrito na seção 4. Uma proposta
atraente é a utilização de geometrias que permitam adquirir dados de canais superpostos, o que
aumentaria a resolução espacial do sistema. Alguns estudos vêm descrevendo geometrias cada vez
mais interessantes. Recentemente um deles mostrou que fontes e detectores dispostos numa forma
hexagonal, com a fonte no meio, como mostra a Figura 3(b), aumenta a resolução espacial por
um fator de aproximadamente 2 (19). No entanto, para estudos de espectroscopia, em que a
resolução temporal é explorada majoritariamente, geometrias planas e simples ainda são muito
utilizadas.
Em alguns casos a amplitude da luz emitida é modulada em freqüências da ordem de dezenas de kHz, como
forma de codificar a informação de proveniente de diferentes fontes em cada detector.
8
154
Desenvolvimento Tecnológico
(a)
(b)
Figura 3. (a) Aquisição de NIRS durante um experimento de ativação funcional, mostrando a versatilidade e
portabilidade da técnica. O equipamento CW-6 utilizado está ao fundo; (b) foto de uma montagem da geometria
de fontes-detectores hexagonal, que utiliza 8 fontes de lasers (circulados na foto) e 15 detectores dispostos em
forma de hexágono.
6. Aplicações em neurociências
Ao longo das últimas duas décadas, NIRS e DOI têm sido cada vez mais utilizados como
técnicas eficientes para monitoração de variações hemodinâmicas associadas à ativação cortical.
Nas seções anteriores, procuramos descrever os princípios físicos e o estado da arte da
metodologia empregada e a tecnologia utilizada nestes tipos de experimentos. Nesta seção
procuramos demonstrar algumas aplicações da técnica através de alguns estudos que temos
realizado.
Antes disso, cabe enfatizar alguns pontos. Primeiro, é extremamente importante entender
os princípios físicos para extrair resultados objetivos. Ao contrário de outras técnicas, ainda não há
um protocolo bem definido a ser seguido em experimentos ópticos com NIRS, de forma que, a
cada experimento, para cada indivíduo, e em cada sessão é necessário o conhecimento de todo o
protocolo experimental. Basicamente, três importantes perguntas devem ser respondidas antes de
começar uma aquisição de dados:
1. Uma vez que a maioria das geometrias é adaptável a cada paciente, como a área
cortical será localizada?
2. Quais argumentos suportam a afirmação de que eventuais alterações ópticas medidas
refletem variação hemodinâmica funcional?
3. Quão reprodutíveis são os resultados obtidos entre diferentes voluntários, ou até
mesmo entre diferentes séries do mesmo indivíduo?
O segundo ponto acima merece atenção especial, uma vez que ainda não há uma
metodologia de análise bem definida para dados ópticos. Filtragem de sinal, análise de
componentes principais e análise de regressão são freqüentemente utilizados para encontrar a
resposta hemodinâmica. Em geral, os métodos padrões para análise funcional de NIRS são bastante
diferentes daqueles utilizados em fMRI. Poucos são os trabalhos que utilizam modelos lineares
gerais em óptica (20,21), método amplamente utilizado em fMRI. Em particular, fMRI mede um
tipo de sinal (o sinal BOLD) e uma única função “canônica” permite a detecção de respostas
funcionais e o respectivo mapeamento da ativação. Mesmo que a função canônica e a verdadeira
resposta funcional não coincidam, ainda assim é possível mapear a ativação parametricamente. Por
outro lado, deve-se tomar cuidado ao escolher essa(s) função(ões) canônica(s) em experimentos
ópticos, uma vez que NIRS mede múltiplas respostas (HbO e HbR) e a interpretação da variação
destes parâmetros hemodinâmicos depende diretamente da(s) função(ões) escolhida(s). Este,
portanto, é um aspecto importante que ainda requer desenvolvimento metodológico.
155
Neurociências
6.1. Estimulação do córtex motor
Para ilustrar a potencialidade da técnica, realizamos estudos de ativação funcional do
córtex motor. Três indivíduos normais, destros, foram instruídos a realizar um movimento
periódico no qual o dedo polegar direito tocava os outros dedos da mesma mão (finger walking
task) numa freqüência de aproximadamente 1–2 Hz. A duração de cada tarefa foi de 15 segundos
contínuos, divididas em 3 séries de 11 estimulações em diagrama de bloco, com duração 6 minutos
cada. Sobre o hemisfério contra-lateral ao estímulo foram posicionados 4 fontes e 10 detectores,
dispostos numa geometria de linhas, como mostra a Figura 4(a), de forma que o córtex motor
primário (M1) ficasse no centro da geometria. A distância entre cada par fonte-detector foi de 3
cm. A coleta de dados foi feita com um equipamento de iluminação contínua (CW6, TechEn Inc.),
onde cada fonte é composta por dois comprimentos de onda diferentes, 690 e 830 nm.
A intensidade de cada canal foi filtrada usando-se um filtro passa-banda entre 0.02 Hz e
0.5 Hz, depois convertida em ΔOD e, posteriormente, Δ[HbO] e Δ[HbR]. Em seguida, calculou-se
a média da variação do sinal em torno do estímulo, utilizando uma janela temporal que variou
desde 2 segundos antes do início do estímulo até 28 segundos após o término. Neste caso, a média
do sinal é equivalente à resposta esperada, que representa a desconvolução do sinal medido
através da matriz de desenho do estímulo aplicado (nesse caso, regular, simétrica e bemcondicionada). A partir da resposta encontrada em cada canal, definiu-se uma região de interesse
(ROI). Para cada indivíduo, encontrou-se uma resposta hemodinâmica a partir da média das três
séries, na ROI definida. A média da resposta hemodinâmica para os três indivíduos encontra-se na
Figura 4(b). Como esperado, houve um aumento de [HbO] e [HbT] no local próximo a M1.
[HbR] apresentou uma variação bem menor do que [HbO], e um pouco defasada.
(a)
(b)
Figura 4. (a) Desenho esquemático da geometria fonte-detector utilizada para o experimento. O círculo cinza
discrimina o local de maior ativação funcional, como encontrado pela técnica media. Esta região está próxima
ao córtex motor (não mostrado); (b) Variação das concentrações de HbO, HbR e HbT durante 15 segundos de
ativação funcional do córtex motor. As barras de erro representam a média sobre três indivíduos. A área em
cinza representa o tempo durante o qual os indivíduos estavam executando o movimento.
O exemplo aqui apresentado corresponde a um experimento bastante simples, de caráter
tão somente ilustrativo, mas que é suficiente para mostrar que esta técnica, de fato, é efetiva.
156
Desenvolvimento Tecnológico
6.2. Aplicações multimodais
Nas seções 2 e 3, procuramos mostrar que o sinal óptico deriva diretamente do nível de
oxigenação do tecido através de suas propriedades ópticas. Portanto, ao contrário do sinal BOLD,
cujas origens ainda não são muito bem entendidas, podemos claramente quantificar e relacionar a
variação de intensidade de luz no tecido com respostas vasculares durante uma ativação cerebral,
por exemplo.
No entanto, o uso concomitante destas duas técnicas, NIRS e fMRI, vem contribuindo
inclusive para o entendimento neurofisiológico das origens do sinal BOLD, e permitindo a
validação ambas simultaneamente. Em dois excelentes trabalhos (22,23), Huppert et al.
compararam resultados obtidos através de NIRS e fMRI combinados durante ativação motora,
achando uma maior correlação – espacial e temporal – do sinal BOLD com medidas de [HbR],
enquanto que o sinal ASL (arterial spin labeling) está mais correlacionado com variações de [HbT]
e [HbO]. Este último resultado é o que se espera de acordo com modelos biofísicos presentes na
atual literatura, enquanto o primeiro condiz com as bases teóricas do sinal BOLD.
O exemplo acima ilustra como abordagens multimodais podem vir a contribuir para o
avanço da neurociência, tanto na perspectiva de validação das bases físicas de determinada técnica
e/ou entendimento dos aspectos neurofisiológicos a ela subjacentes. Particularmente, a realização
de medidas simultâneas de NIRS e fMRI pode vir a contribuir para o entendimento do
acoplamento neuro-vascular a partir da obtenção de dados com alta resolução temporal
(provenientes do NIRS) e espacial (provenientes de fMRI). Alguns estudos têm mostrado que a
resposta hemodinâmica varia com a atividade neuronal de forma não-linear, mas a variação
relativa da taxa de consumo metabólico de oxigênio (rCMRO2, do inglês Cerebral Metabolic Rate
of Oxygen) é linearmente proporcional à ativação neuronal (24). Este resultado sugere que mapas
de rCMRO2 com alta resoluções temporal e espacial podem vir a esclarecer pontos ainda não
compreendidos referentes ao acoplamento neuro-vascular.
Num estudo recente (25), utilizamos NIRS e fMRI combinados para obter imagens de
rCMRO2 durante estimulação aleatória do nervo mediano (4 segundos de duração, 3 Hz,
amplitude fixa) em 7 indivíduos normais e com média de idade (28 ± 4) anos. Para os dados
ópticos, utilizamos um equipamento de iluminação contínua (CW4, TechEn Inc.) com 8 fontes
(690 e 830 nm em cada uma) e 10 detectores posicionados num sistema de 2 linhas de fontes
intercaladas com 2 linhas de detectores. Os dados de fMRI foram coletados num sistema de 3 T
(Siemens Allegra, Siemens Medical Systems) utilizando uma seqüência de pulso ASL com geometria
PICORE e saturação Q2TIPS (TR/TE = 2 s/20 ms).
O sinal BOLD pode ser descrito por (26):
⎡ ⎛ OEF (t ) ⎞ β ⎛ CBF (t ) ⎞α ⎤
ΔBOLD (t )
 M ⎢1 − ⎜
⎟ ⎜
⎟ ⎥
BOLD(0)
⎢⎣ ⎝ OEF (0) ⎠ ⎝ CBF (0) ⎠ ⎥⎦
(10)
onde M é uma constante de calibração do sinal BOLD em relação ao fluxo sangüíneo
(CBF) e à fração de extração de oxigênio (OEF), que por sua vez pode ser descrita em função de
[HbR] e do volume sangüíneo (CBV) (27):
⎤
τ0 ⎡ d
OEF (t ) [ HbR](t )
[ HbR](t ) d
CBV (t ) ⎥
[ HbR](t ) −
=
+
⎢
OEF (0) CBV (t ) CBF (t ) ⎣ dt
CBV (t ) dt
⎦
(11)
Onde τ0 representa o tempo de trânsito médio nos capilares. Utilizando as equações (10)
e (11) como modelo não-linear, construímos um algoritmo de otimização pseudo-Bayesiano e
estimamos os parâmetros que melhor descrevem as medidas BOLD derivadas do sinal ASL. Com
isto, encontramos a constante M e, assumindo que o tempo de trânsito não varia ao longo de
todo o espaço dentro do cérebro, invertemos a equação (10) para encontrar OEF e,
157
Neurociências
conseqüentemente, rCMRO2 em toda a região. A Figura 5 mostra o mapa de ativação de rCMRO2
gerado para um indivíduo, devido à estimulação do nervo mediano, indicando um aumento de
consumo de oxigênio na região SI, como esperado. A dinâmica temporal dos diversos parâmetros
metabólico e vascular envolvidos também é mostrada para esta região.
(b)
(a)
Figura 5. (a) Mapa de ativação de CMRO2 durante 4 segundos de estimulação do nervo mediano obtido para um
único indivíduo. (b) Variação das variáveis medidas através de fMRI, NIRS, e da combinação das técnicas,
mostrando as dinâmicas temporais metabólicas e vasculares durante o experimento. A barra no canto inferior
esquerdo da figura representa o período de duração do estímulo.
Esta nova metodologia proposta permite criar mapas metabólicos a partir do consumo
de oxigênio utilizando dados ópticos como calibração (ao invés de realizar experimentos sob
condições de hipercapnia, que geralmente é o procedimento realizado para obtenção deste tipo
de imagem em fMRI). Tal procedimento representa um avanço em neuroimagem dos pontos de
vista metodológico, biofísico (uma outra ferramenta para o entendimento do acoplamento neurovascular durante a ativação cerebral) e clínico (utilização de mapas metabólicos de forma prática e
rápida para o estudo de doenças cerebrais, por exemplo).
6.3. Análise fisiológica do cérebro
Devido à alta sensibilidade de detecção de variações da absorção, NIRS apresenta-se
como uma técnica muito sensível às variações neurofisiológicas, como pulsação cardíaca, sinais
respiratórios (resp) e variações da pressão sangüínea (PS), presentes no escalpo e nos tecidos
subseqüentes. Podemos representar o sinal óptico como uma soma linear dos efeitos relativos ao(s)
estímulo(s) e de termos sistêmicos relacionados com a fisiologia,
Y = f ⊗ U est + f resp ⊗ U resp + f PS ⊗ U PS + ...
(12)
onde Ui representa o i-ésimo regressor que contribui para o sinal, que pode ser tanto o
desenho do estímulo (est) ou medidas fisiológicas independentes, e as diferentes variáveis f
representam as funções de transferência (função resposta) de cada um destes regressores para a
observação óptica. Assim, uma forma de melhorar a SNR da resposta hemodinâmica em medidas
ópticas é medir simultaneamente regressores fisiológicos através de oxímetros, respirômetros e
outros equipamentos. Medidas fisiológicas paralelas também permitem analisar a composição do
sinal óptico.
Num estudo recente utilizando medidas fisiológicas, Franceschini et al. mostraram a
influência da pressão sangüínea e respiração, obtendo altos valores de correlação entre estas e o
158
Desenvolvimento Tecnológico
sinal óptico medido (28). Um outro exemplo pode ser visto na Figura 6, a partir de um
experimento onde as variações da pressão sangüínea foram gravadas simultaneamente com o sinal
óptico por 5,5 minutos durante o estado basal de um indivíduo. Através da desconvolução do
sinal óptico pela variação da PS, é possível estimar a função resposta deste sistema, que mostra
fortes e rápidas oscilações, provavelmente relacionadas com o batimento cardíaco, seguidas de
oscilações mais lentas e menos intensas, representando as ondas de Mayer. Esta seria uma típica
resposta esperada para o sistema PS → sinal óptico. Com a função de transferência estimada, podese fazer o procedimento inverso para tentar reproduzir o sinal óptico, e com isto analisar a
influência das oscilações de pressão sangüínea no sinal medido pelos fotodetectores. Para este
indivíduo, o processo de convolução é capaz de reproduzir as oscilações mais lentas do sinal
óptico, porém é incapaz de acompanhá-lo nas freqüências mais altas. A correlação entre o sinal
medido e o estimado pela função de transferência de R2 = (0,54 ± 0,23), o que mostra que,
embora a técnica seja sensível a este parâmetro fisiológico, não se pode reproduzir todo o sinal
óptico a partir dele.
A princípio, esta característica intrínseca de sensibilidade à neurofisiologia pode ser
encarada como um problema geral associado às técnicas ópticas, constituindo-se como mais uma
fonte de ruído do sinal9. No entanto, mais do que simplesmente uma fonte de ruído, a fisiologia
pode ser de interesse em estudos cerebrais. Alguns estudos têm utilizado abordagens baseadas em
espaço de estados para modelar flutuações fisiológicas incluídas no sinal óptico (29), e com isso
inferir e testar hipóteses acerca da neurofisiologia do potencial evocado, além de melhorar a
estimativa da resposta funcional.
Figura 6. Lado esquerdo: função resposta estimada através da desconvolução dos sinais medidos. Lado direito: Os
pontos representam o sinal óptico medido ao longo de 5,5 minutos no estado basal de um indivíduo, enquanto a
curva representa a tentativa da reconstrução do sinal óptico a partir da função resposta estimada.
Num outro estudo também relacionado com o estado basal, analisamos a correlação do
sinal óptico registrado nos diferentes canais, a partir de um dado canal fixo. Este representaria uma
correlação vascular/fisiológica do sinal (pode-se, num estudo mais detalhado, excluir a
contribuição fisiológica do sinal através do método descrito acima, resumido pela equação (12)).
Logo, para uma distribuição de canais ao longo de todo o escalpo do indivíduo, teríamos uma
espécie de mapa de conectividade vascular cerebral durante o estado basal obtido através de NIRS.
A Figura 7 mostra tal mapa para um indivíduo, que sugere haver uma forte correlação entre um
determinado canal e o seu simétrico, indicando uma correlação vascular de forma simétrica no
9 A eletrônica do equipamento e eventuais erros experimentais constituem as outras principais fontes de ruído. O
movimento do sujeito durante um experimento pode vir a se constituir numa outra fonte de ruído, se os optodos
não estiverem bem fixos ao escalpo.
159
Neurociências
cérebro, mesmo no estado basal. Estudos durante ativação funcional estão em andamento, bem
como em situações de medidas combinadas.
Figura 7. Mapas de correlação do sinal óptico entre os diferentes canais obtidos pelos
optodos nas regiões frontal (à esquerda), parietal (centro) e occipital (à direita). Os
mapas representam a média de 5 séries, 6 minutos cada, adquiridas num único
indivíduo durante o estado basal. Valores nos eixos x e y representam escalas de
distância arbitrárias; as diferentes cores representam o grau de correlação (valores de
R2); os segmentos de reta brancos e preto representam os diferentes canais disponíveis
e o canal utilizado como referência para o cálculo da correlação, respectivamente.
Assim como mostramos a utilização da NIRS para análise da fisiologia vascular durante o
estado basal, podemos estudar diferentes outros fenômenos relacionados, tais como
vasolocomoção e autoregulação, e até mesmo explorar diferenças neurofisiológicas provenientes
de doenças cerebrais, e suas conseqüências à autoregulação neurofisiológica.
7. Observações Finais
Procuramos mostrar nesse trabalho os princípios básicos de NIRS e DOT aplicadas ao
estudo do cérebro humano, particularmente sob condições de iluminação contínua sobre o
escalpo, a técnica mais simples e menos dispendiosa para realização de estudos ópticos. Tais
técnicas baseiam-se na interação da luz NIR com o tecido biológico, que é altamente espalhador
de luz e apresentam coeficientes de absorção baixos nesta região do espectro, permitindo a
penetração e a propagação da onda, podendo chegar até o córtex cerebral, onde interage com os
cromóforos presentes no sistema vascular, particularmente HbO e HbR. Durante experimentos de
ativação funcional, variações nas concentrações dos referidos cromóforos provocam a variação da
intensidade de luz detectada no escalpo, de forma que podemos usar tal variação para inferir
variações de oxigenação no tecido. Exemplos de experimentos funcionais no córtex motor e
somatosensorial foram apresentados a título de ilustração.
Entre as várias qualidades destas técnicas ópticas, podemos destacar sua versatilidade e
portabilidade, permitindo a realização de experimentos que dificilmente factíveis com outras
técnicas, como o estudo em crianças e recém-nascidos. Além disto, sua excelente resolução
temporal e seu potencial multimodal, permitindo a realização de medidas combinadas,
principalmente com fMRI e técnicas que refletem diretamente sinais neuronais, abre uma
perspectiva de obter resultados com maior qualidade a respeito da dinâmica cerebral e do
acoplamento neuro-vascular-metabólico.
Em contrapartida, a obtenção de imagens ópticas ainda é assunto de grande debate, uma
vez que sua resolução espacial é limitada pela distância entre fontes e detectores, apesar de
alternativas propostas para contornar esse problema. Uma outra característica que nunca deve ser
esquecida diz respeito à hipersensibilidade da técnica com relação a flutuações fisiológicas, que
podem constituir-se uma fonte adicional de ruído. Medidas fisiológicas simultâneas são sempre
aconselhadas, para sua posterior subtração do sinal óptico medido, e também por permitir estudos
relacionados à fisiologia cerebral.
160
Desenvolvimento Tecnológico
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162
Desenvolvimento Tecnológico
MELHOR TRABALHO DA CATEGORIA
DESENVOLVIMENTO DE BOBINAS TRANSMISSORAS DE RF PARA EXPERIMENTOS DE
IMAGENS POR RM EM MARMOSETS
Daniel Papoti1; Edson Luiz Géa Vidotto; Mateus José Martins; Alberto Tannús
A obtenção de imagens por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) em pequenos
animais, como ratos e sagüis, necessita a utilização de um hardware específico que exige muito
mais do sistema de imagens, como intensidade do campo magnético, bobinas de gradiente e
bobinas de Radiofreqüência (RF), do que o utilizado para estudos em humanos. Isso se deve ao
fato de que as dimensões do campo de visão (Field of View-FOV) para estudos em animais são
bem menores do que o utilizado em humanos, exigindo que componentes responsáveis pela
aquisição da imagem sejam mais sensíveis e eficientes. Em particular, as bobinas de RF devem ser
projetadas individualmente para cada uma das anatomias. No caso da necessidade da construção
de uma bobina que opere exclusivamente como transmissora, o fator mais importante a ser
considerado é a alta homogeneidade do campo magnético de RF na região onde se deseja obter a
imagem, sendo que as bobinas mais comuns e que satisfazem esta condição de forma bastante
eficiente são as bobinas tipo gaiola (Birdcage Coil). No caso das bobinas operando exclusivamente
como receptoras, a principal característica é a alta sensibilidade na captação do sinal de RMN em
relação ao ruído captado pela bobina, resultando em uma alta relação sinal/ruído (RSR),
destacando-se neste caso bobinas tipo sela (Saddle Coil) e as bobinas de superfície. Além de
bobinas transmissoras ou receptoras, é possível a construção de bobinas que operem como
transmissoras e receptoras simultaneamente. Neste caso, a bobina deve ser projetada de modo que
características como homogeneidade de campo magnético e RSR sejam estabelecidas obedecendo
a um determinado compromisso.
1. Introdução
Em um sistema de imagens por RMN podemos destacar como sendo os principais
componentes do hardware o Magneto, as bobinas de homogeneização de campo (Shimming), as
bobinas de gradiente e as bobinas de RF, que incluem as transmissoras e as receptoras. A função do
magneto é de produzir uma componente de campo magnético estático e bastante homogêneo em
um determinado volume no centro geométrico do magneto. No entanto, devido às características
do desenho, este campo magnético estático produzido pelo magneto não possui homogeneidade
suficiente para a obtenção de imagens, necessitando pequenas correções no campo magnético
dentro do volume de interesse, sendo essas correções efetuadas através das bobinas de shimming.
Já as bobinas de gradiente têm a função de produzir componentes de campo magnético paralelas
ao campo produzido pelo magneto com a intensidade variando de forma linear nas três direções
(x, y, z). A figura abaixo ilustra um sistema de imagens específico para pequenos animais contendo
as partes descritas acima.
Endereço para correspondência: Daniel Papoti - e-mail: [email protected] - Grupo de Ressonância Magnética Av. Trabalhador São Carlense 400, C.P. 369 - CEP 13560-970, São Carlos – SP.
1
163
Neurociências
Magneto
Bobina de Shimming
Bobina de Gradiente
Blindagem de RF
Bobina
Cama
Transmissora de RF
posicionadora
Figura 1: Vista explodida de um sistema de imagens por RMN de 2 Teslas para estudos em
modelos animais mostrando o magneto, a bobina de shimming, bobina de gradiente,
blindagem de RF e bobina transmissora de RF.
Este trabalho discute os principais conceitos envolvendo as bobinas de RF, com ênfase nas
principais geometrias utilizadas em bobinas que operam como transmissoras e em geometrias de
bobinas desenvolvidas para operar como transmissora/receptora especificamente para estudos em
modelos animais.
2. Bobinas de Radiofreqüência
No projeto de uma bobina transmissora de RF o ponto de partida é determinar qual a
densidade de corrente elétrica na superfície de um cilindro condutor que produza um campo
magnético homogêneo e perpendicular ao eixo axial do cilindro, como ilustra a Figura 2-(a). Esta
condição se deve ao fato de estarmos considerando magnetos supercondutores que exigem acesso
axial.
z
r
B1
r
J S = J 0 sin φzˆ
r
B0
Cilindro condutor
ẑ
x
y
φ
Magneto Supercondutor
(a)
(b)
Figura 2: (a) Cilindro condutor produzindo um campo magnético B1 uniforme e orientado perpendicularmente
ao campo magnético estático B0 produzido pelo magneto supercondutor. (b) Sistema de coordenadas cilíndricas
adotado para o cilindro condutor.
164
Desenvolvimento Tecnológico
Pode-se demonstrar (1) que a densidade de corrente na superfície de um cilindro
condutor infinito que produz um campo magnético homogêneo e perpendicular ao eixo do
cilindro é dada pela seguinte expressão:
r
J S = J 0 sinφzˆ
(1)
sendo J0 uma constante e φ o ângulo azimutal em coordenadas cilíndricas, representados
pela Figura 2-(b).
Para que essa densidade de corrente seja satisfeita na prática, devemos construir uma
bobina que possua elementos condutores transportando corrente na direção paralela ao eixo z e
com intensidade variando com o seno do ângulo φ. No entanto, é impossível na prática conseguir
uma densidade de corrente deste tipo na superfície de um condutor, de modo que a solução
prática é fazer com que segmentos condutores transportem uma corrente elétrica com intensidade
proporcional à função seno.
Uma primeira aproximação ocorre quando localizamos condutores na superfície de um
cilindro para valores de ângulos φ=0, 60, 120, 180, 240 e 300o. A corrente elétrica que será
transporta por cada um destes condutores deve variar com o seno de φ e, portanto, possui valores
iguais em módulo, exceto para φ=0o e φ=180o que possuem valor nulo, o que permite a exclusão
de condutores nessas posições angulares. Esta geometria é conhecida como bobina tipo Sela
(Saddle Coil (2)), representada pela Figura 3-(a).
(a)
(b)
(c)
Figura 3: (a) Geometria de uma bobina tipo Sela. (b) Geometria de uma bobina tipo gaiola (Birdcage)
com 8 condutores. (c) Geometria da bobina Double Crossed Saddle.
Entretanto, a forma mais comum de se conseguir uma distribuição de corrente variando
com o seno do ângulo φ é inserir capacitores entre condutores igualmente espaçados para defasar
as correntes em cada um dos condutores. Esta geometria caracteriza as bobinas tipo gaiola
(Birdcage Coil (3-6)) e por questões de simetria, normalmente apresentam 8 (Figura 3-(b)) ou 16
condutores, sendo que quanto maior o número de condutores mais próximo da situação ideal e,
portanto, mais homogêneo será o campo magnético, sendo o número de condutores limitado pela
dificuldade prática de construção. Esta geometria pode ser considerada como uma rede de circuitos
ressonantes LC, e por isso as bobinas tipo gaiola também são caracterizadas como sendo
ressoadores (7).
A partir de características das bobinas tipo sela e da bobina tipo gaiola, foi projetado
outra geometria conhecida como Sela Duplamente Cruzada (Double Crossed Sadle (8)), conforme
ilustra a Figura 3-(c). Esta nova geometria possui 8 condutores cujas disposições foram encontradas
de forma a maximizar a homogeneidade de campo para um diâmetro de 80% do diâmetro
interno da bobina. Outra característica é a existência de cruzamentos entre os condutores, estando
isolados entre si em ambos os lados da bobina, evitando efeitos que diminuem a homogeneidade
de campo magnético devido à indutância mútua entre os elementos condutores. As principais
165
Neurociências
vantagens desta geometria são alta homogeneidade de campo e boa RSR se comparada com
bobinas do tipo sela e com Birdcages com 8 condutores, além da facilidade na construção devido
ao reduzido número de capacitores, tornando essa geometria ideal para operar como transmissora
e receptora simultaneamente. Uma desvantagem dessa bobina em relação aos Birdcages é a alta
sensibilidade às diferentes condições de carga da bobina, o que faz necessária a sua sintonia para
cada amostra estudada.
3. Material e Método
3.1. Projeto e Construção
Nesta seção iremos tratar do desenvolvimento de bobinas transmissoraa de RF com alta
homogeneidade de campo em uma grande região de interesse, comparando dessa forma os
Birdcages com 8 e 16 condutores e a Double Crossed Saddle. Uma vez que esta bobina deverá
trabalhar com diferentes tipos de animais, como ratos e sagüis, além de possuir uma boa
homogeneidade de campo magnético a bobina deve ser capaz se ser sintonizada para as diferentes
condições de carga.
As dimensões das bobinas foram escolhidas de modo a ocupar o maior volume possível
no interior da blindagem de RF, cujas dimensões em conjunto com o sistema de posicionamento
dos animais são mostradas pela figura abaixo.
Barras para ajuste de
posição vertical / horizontal
Cama
posicionadora
Blindagem de
Cobre
Figura 4: Conjunto mostrando as dimensões da blindagem de RF e do sistema de
posicionamento dos animais.
No entanto, o diâmetro das bobinas é limitado pelo diâmetro da blindagem devido aos
efeitos provocados pela proximidade da bobina com a blindagem, que afetam a homogeneidade
de campo magnético e diminuem a eficiência na transmissão de potência de RF. Fitas de cobre
com espessura de 0.3 mm foram utilizadas como condutores devido à baixa resistência elétrica
pela maior área de seção transversal das fitas se comparadas com fios, além da facilidade de
manuseio na construção. A largura das fitas condutoras foi escolhida com o objetivo de tornar os
efeitos devido à indutância mútua entre os primeiros vizinhos desprezíveis (9,10). O substrato em
que as fitas condutoras foram fixadas são tubos cilíndricos de PVC (Polyvinyl Chloride) com
encaixes específicos para a fixação dos condutores preparados sob medida, minimizando assim a
necessidade da utilização de solda na bobina cujo efeito é a redução do fator de qualidade das
bobinas, o que diminui sua eficiência na transmissão de RF e prejudica a RSR caso utilizada na
166
Desenvolvimento Tecnológico
recepção. As dimensões dos tubos e das fitas condutoras utilizadas são mostradas com detalhes nas
figuras abaixo.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 5: (a) Suporte de PVC para a bobina Double Crossed Saddle. (b) Estrutura de cobre que constitui a bobina
Double Crossed Saddle em vista planar. (c) Suporte de PVC e fitas condutoras que constituem o Birdcage com 8
condutores. (d) Suporte de PVC e fitas condutoras que constituem o Birdcage com 16 condutores.
3.2. Sintonia e acoplamento
Após a fixação das fitas condutoras nos respectivos suportes de PVC, demos início à fase
de sintonia e acoplamento das bobinas. Este estágio no desenvolvimento de uma bobina de RF é
de extrema importância, uma vez que se a bobina não estiver perfeitamente sintonizada na
freqüência de ressonância do sistema e com impedância de entrada de 50 Ohms, a calibração dos
pulsos π e π/2 fica comprometida, impossibilitando a transmissão de potência de RF à amostra.
Dessa forma, antes de serem acopladas em 50 Ohms as bobinas devem estar em ressonância na
freqüência de 85.24 MHz, que corresponde à freqüência de precessão dos spins dos núcleos de
hidrogênio quando submetidos a um campo magnético com intensidade de 2 Telas.
Sabemos que a dependência da freqüência de ressonância em função da capacitância para
um circuito ressonante é dada pela seguinte equação (1):
f ∝
1
LC
(2)
Dessa forma, medimos a freqüência de ressonância para diferentes valores de capacitância
C utilizando as três bobinas construídas, dentro e fora da blindagem de RF, obtendo-se os
seguintes gráficos de freqüência em função da capacitância:
167
Neurociências
130
150
Sem Blindagem
Com Blindagem
140
130
120
120
100
freqüência (MHz)
freqüência (MHz)
Com Blindagem
Sem Blindagem
110
110
100
90
80
90
80
70
60
70
50
60
40
50
30
20
40
60
80
100
0
20
40
Capacitância (pF)
60
80
100
Capacitância (pF)
(a)
(b)
300
280
Sem Blindagem
Com Blindagem
260
freqüência (MHz)
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Capacitância (pF)
(c)
Gráfico 1: (a) Freqüência em função da capacitância para (a) Double Crossed Saddle. (b) Birdcage com 8
condutores. (c) Birdcage com 16 condutores.
Conforme o esperado, as curvas de ressonância das bobinas construídas obedecem ao
comportamento expresso pela equação-2. Dessa forma, podemos encontrar através dos gráficos
qual o valor de capacitância necessária para que a bobina entre em ressonância na freqüência
desejada, ou seja, 85.24 MHz. O valor de capacitância encontrado para o Birdcage com 8
condutores foi C=58 pF, para o Birdcage com 16 condutores encontramos C=118 pF e para a
bobina Double Crossed Saddle C=47 pF.
Após as bobinas estarem sintonizadas na freqüência de interesse, o próximo passo é fazer
com que a impedância das bobinas seja 50 ohms na freqüência de ressonância. Isso é feito através
de uma rede de transformação de impedâncias que utiliza um circuito de acoplamento balanceado
capacitivo (11,12), ilustrado pela figura abaixo.
168
Desenvolvimento Tecnológico
Figura 6: Circuito balanceado capacitivo utilizado para a
sintonia e acoplamento das bobinas.
De acordo com a Figura 6, o capacitor variável CMatch faz o ajuste fino no acoplamento
das bobinas em 50 Ohms, sendo necessário o ajuste para cada situação de carga do experimento.
O capacitor variável CTune faz o ajuste fino na sintonia, uma vez que diferentes amostras afetam a
sintonia das bobinas, e portanto, devem ser ajustados para cada amostra que será estudada. Os
capacitores representados por C são capacitores fixos, responsáveis pela ressonância da bobina, de
modo que seus valores para cada uma das bobinas foram encontrados através dos gráficos 1-(a), 1(b) e 1-(c).
Uma vez que as bobinas estão sintonizadas e acopladas em 50 Ohms, o próximo passo é
a calibração dos pulsos π/2 e π. Esta calibração é realizada aplicando-se diferentes níveis de
potência de RF na bobina carregada com um Phantom de água e sulfato de cobre e observando a
amplitude do sinal induzido pela amostra. A potência na qual o máximo de amplitude do sinal é
observado corresponde ao pulso π/2 e a potência na qual o mínimo do sinal é observado
corresponde ao pulso π.
3.3. Mapas de campo de RF
Antes de obter experimentalmente os mapas de campo magnético de RF das bobinas é
interessante estudá-los através de simulações computacionais baseadas na lei de Biot-Savart (13),
verificando com isso a homogeneidade de campo das bobinas antes de sua construção. Para isso, é
necessário calcular o módulo das componentes de campo magnético que são transversais ao
campo magnético estático produzido pelo magneto, uma vez que estas são as componentes
responsáveis pela excitação dos spins nucleares da amostra. Para análise, é conveniente normalizar
os valores de campo magnético em relação ao campo magnético produzido no centro da bobina.
As figuras abaixo mostram as simulações dos mapas de campo das bobinas já normalizados em
relação ao campo no centro.
(a)
(b)
(c)
Figura 7: Mapas de campo de RF obtidos através de simulações para a bobina (a) Birdcage com 8
condutores. (b) Birdcage com 16 condutores. (c) Double Crossed Saddle.
169
Neurociências
Os mapas de campo experimentais são obtidos através da técnica Compensated Double
Angle Method (CDAM (14)). Esta técnica consiste basicamente na aquisição de duas imagens
utilizando a seqüência Spin Echo com diferentes ângulos de excitação, sendo a primeira imagem
(image 1) obtida com ângulo de excitação α1 e a segunda imagem (image 2) com ângulo de
excitação α2=2α1. Pode-se demonstrar que o mapa de campo magnético obtido através das duas
imagens é dado pela seguinte operação realizada pixel-a-pixel:
α1 ( x) = arc cos
image2
2 × image1
(3)
de modo que α1(x) é uma imagem com os ângulos de flip dependendo da posição, que
por sua vez representa o mapa de campo magnético, uma vez que este é diretamente
proporcional ao ângulo de flip. Para a obtenção dos mapas de campo experimentais utilizamos um
Phantom cilíndrico com 8 cm de diâmetro e 15 cm de comprimento preenchido com solução de
água e sulfato de cobre a 5 mM, obtendo imagens por Spin Echo, 256 x 256,
FOVread=FOVphase=10cm, TR=15ms, TE=600 ms, 2 médias, thickness=3mm.
A homogeneidade de campo magnético das bobinas é analisada através de uma grandeza
conhecida como Não Uniformidade (NU), calculada através dos pixels que compõem uma
determinada região de interesse dentro do mapa de campo, sendo expressa pela seguinte fórmula
(15):
NU =
Desvio Padrão
× 100
Média
(4)
Para a análise da homogeneidade de campo, geralmente é utilizada uma ROI de 80% do
diâmetro interno da bobina, considerando apenas o plano central na orientação transversal.
4. Resultados
Após a construção e sintonia das bobinas descritas na seção anterior, até o momento
deste trabalho, somente a bobina Double Crossed Saddle foi acoplada com impedância de entrada
em 50 Ohms tendo os pulsos π e π/2 calibrados, uma vez que este trabalho continua em
andamento como parte de um projeto de doutorado. A figura abaixo mostra as bobinas
construídas e sintonizadas em 85.24 MHz de acordo com o Gráfico 1, sendo que somente a
bobina Double Crossed Saddle possui o circuito de acoplamento capacitivo ilustrado pela Figura
6, com CMatch e CTune variando de 5 a 10 pF e C=47 pF.
(a)
(b)
(c)
Figura 8: (a) Double Crossed Saddle. (b) Birdcage com 8 condutores. (c)Birdcage com 16 condutores.
O comportamento esperado para uma bobina de RF durante a transmissão deve ser
semelhante ao de uma carga de 50 Ohms para diferentes valores de potência, com valores
inferiores a 5% de onda refletida. No entanto, as curvas de calibração dos pulsos π e π/2 para a
170
Desenvolvimento Tecnológico
bobina Double Crossed Saddle mostram que a potência refletida pela bobina antes da potência
necessária para o pulso π/2 ultrapassa o valor de 5%, o que impossibilita a calibração do pulso π,
atingindo um valor de 15% de onda refletida, como mostra o gráfico da Figura 9-(a). Isso se deve
ao fato de que a tensão sobre os capacitores que constituem o circuito de sintonia e acoplamento
excede o valor nominal máximo permitido, fazendo com que para determinados valores de
potência as capacitâncias variem, desacoplando o circuito e aumentando o valor da potência
refletida pelo circuito. Para resolver este problema inserimos capacitores em série ao longo da
estrutura da bobina, de modo que a tensão sobre o circuito de sintonia/acoplamento diminua,
reduzindo a porcentagem de onda refletida e possibilitando a calibração dos pulsos π e π/2.
sem capacitores em série
com capacitores em série
carga de 50 Ω
Potência Refletida (%)
20
15
10
5
0
π/2
0
50
Capacitores em série
π
100
150
200
250
Potência Direta (Watts)
(a)
(b)
Figura 9: (a) Gráfico mostrando a Potência Refletida em função da potência aplicada na bobina Double
Crossed Saddle. (b) Foto da bobina mostrando os capacitores em série inseridos para diminuir a tensão
sobre os capacitores do circuito de sintonia e acoplamento.
Eixo-x (cm)
(a)
teórico
teórico
experimental
experimental
Campo Normalizado (u.a.)
Eixo-y (cm)
Campo Normalizado (u.a.)
Uma vez calibrados os pulsos π e π/2, obtivemos os mapas de campo de RF de acordo
com o procedimento e os parâmetros descritos na seção anterior. A figura abaixo mostra o mapa
de campo obtido experimentalmente.
Eixo-x (cm)
Eixo-x (cm)
(b)
(c)
Figura 10: (a) Mapa de campo de RF experimental obtido com a bobina Double Crossed Saddle. (b) Intensidade
do campo magnético ao longo do eixo-x. (c) Intensidade do campo magnético ao longo do eixo-y.
171
Neurociências
Utilizando os mapas de campo teóricos e experimentais, podemos calcular o valor da
Não Uniformidade e compará-los, lembrando que os Birdcages não estão acoplados em 50 Ω e,
portanto, não possuem os valores de NU Experimentais para comparação com NU Teórico.
Tabela 1: valores da Não Uniformidade teórica e experimental (para a bobina
Double Crossed Saddle) calculadas a partir dos mapas de campo de RF.
Saddle Double Crossed
Birdcage-8
Birdcage-16
NU Teórico
5.9
11.0
1.2
NU Experimental
8.2 ± 0.1
__
__
Como podemos observar através da Figura 10, existe uma diferença no perfil do campo
magnético obtido experimentalmente quando comparado com o mapa de campo obtido por
simulação para a bobina Double Crossed Saddle (Figura 7-(c)). Esta diferença se deve à presença
dos capacitores em série utilizados para diminuir a tensão sobre os capacitores do circuito de
sintonia e acoplamento. Uma vez que estes capacitores em série possuem valores ligeiramente
diferentes, isso resulta em diferentes reatâncias capacitivas ao longo da bobina, fazendo com que a
distribuição de corrente elétrica não seja mais ideal, conforme considerado nas simulações. A
Figura 10-(c) mostra claramente esta diferença entre os perfis de campo ao longo do eixo-y. Essa
diferença entre os mapas de campo teóricos e experimentais se reflete no valor da Não
Uniformidade, como mostra a Tabela 1. De acordo com os valores teóricos, a bobina Double
Crossed Saddle é melhor em termos de homogeneidade de campo se comparada com o Birdcage
com 8 condutores. No entanto, a presença dos capacitores em série afetou sua homogeneidade de
campo, de modo que somente a construção do Birdcage com 8 condutores poderá revelar qual
bobina será a mais eficiente em termos de homogeneidade de campo. O Birdcage-16 certamente
possui uma maior homogeneidade de campo magnético, como mostram as simulações e o valor
de NU da Tabela 1. No entanto, sua dificuldade de construção e sua estreita banda de sintonia, em
função do elevado número de capacitores, pode fazer com a bobina Double Crossed Saddle seja a
mais indicada para se operar com pequenos animais.
Mesmo a homogeneidade de campo medida para a bobina Double Crossed Saddle ter
sido inferior aquela prevista teoricamente, esta diferença não afeta de forma significativa a região
de interesse para a realização de experimentos com imagens. Utilizando a bobina mencionada
como transmissora e receptora, obtivemos imagens in vitro do crânio de um Marmoset utilizando
a sequência Spin Echo com FOVread=4cm, FOVphase=4cm, TR=800 ms, TE=15ms, thickness=2mm,
interslice=2.5mm, 256 x 256 e 20 médias.
172
Desenvolvimento Tecnológico
(a)
(b)
Figura 11: (a) Imagens In Vitro da cabeça de um Marmoset obtidas utilizando a bobina Double Crossed
Saddle como transmisora/receptora. (b) Imagem da mão de um voluntário utilizando a mesma
bobina.
Conforme podemos observar, a relação sinal/ruído da imagem na Figura 11-(a) não é
satisfatória, isso devido ao baixo fator de preenchimento da amostra por estarmos utilizando
como bobina receptora uma bobina projetada para ser transmissora. No entanto, o objetivo dessa
imagem é analisar a homogeneidade de campo na região de interesse para os experimentos com
animais. Notamos uma excelente homogeneidade de campo magnético de RF, uma vez que não
observamos nenhum artefato relacionado a não homogeneidade de campo magnético de RF.
Como demonstração da grande região com alta homogeneidade de campo, uma imagem da mão
de um voluntario utilizando os mesmos parâmetros que foram utilizados com o Marmoset, mas
com FOVread=FOVphase=10 cm, que é o mesmo diâmetro da bobina, é mostrada pela Figura 11-(b),
sendo que ainda não existem artefatos relacionados à não homogeneidade de campo.
5. Conclusões
A análise dos resultados parciais deste trabalho indica que, mesmo sem o circuito de
desacoplamento na transmissão, a homogeneidade de campo da bobina Double Crossed Saddle é
suficiente para a realização de experimentos de imagens em pequenos animais. No entanto, a
decisão de qual bobina será a ideal para operar como transmissora depende ainda da comparação
entre os mapas de campo de RF experimentais dos Birdcages. Isto se deve ao fato de sabermos
através das simulações que o Birdcage com 16 condutores certamente possuirá a maior
homogeneidade de campo em relação às demais bobinas. A questão a ser respondida é se essa
diferença em homogeneidade de campo irá compensar a dificuldade prática na construção do
Birdcage com 16 condutores e se o fato do elevado número de capacitores, ao restringir a banda
de sintonia da bobina, não irá limitar os experimentos que serão realizados com diferentes
animais, e, portanto, diferentes condições de carga.
173
Neurociências
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Agradecimentos
Os autores agradecem à FAPESP e à CAPES pelo suporte financeiro.
174
Ciência Básica & Experimental
CIÊNCIA BÁSICA & EXPERIMENTAL
175
Neurociências
176
Ciência Básica & Experimental
BASES TEORICO-PRÁTICAS DOS MÉTODOS QUANTITATIVOS DE UTILIZAÇÃO DE GLICOSE E
DO FLUXO SANGUÍNEO CEREBRAL EM MODELO ANIMAL
Maria José da Silva Fernandes1; Iara Ribeiro Silva; Astrid Nehlig
1. Introdução
O cérebro é um órgão muito ativo e possui alta taxa de captação e consumo de oxigênio.
Cerca de 30-40% do suprimento de oxigênio sanguíneo é captado pelo cérebro que é utilizado
quase exclusivamente na oxidação da glicose, principal substrato energético do cérebro. O tecido
cerebral tem baixa capacidade de estocar glicose necessitando do suprimento arterial desse
substrato energético. Em condições fisiológicas, a oferta de glicose é alta, porém apenas 10% é
captada pelo cérebro. A glicose é oxidada principalmente pela via glicolítica e pelo ciclo do ácido
tricarboxílico e a completa oxidação de 1 mol de glicose por essas vias, leva a formação de 38
moléculas de ATP. Mais de 50% da energia gerada através da glicose e oxigênio é utilizada para
manutenção de gradientes iônicos e para o funcionamento de bombas iônicas. A atividade cerebral
estabelece forte acoplamento entre consumo de glicose e fluxo sanguíneo.
Em casos de hipoglicemia, o cérebro passa por distúrbios funcionais que podem levar ao
coma. Entretanto, como muitos outros órgãos, este é metabolicamente adaptável, pois apresenta a
capacidade de utilizar outros substratos como os corpos cetônicos (β-hidroxibutirato e
acetoacetato) originados pela degradação hepática de ácidos graxos como suprimento de energia
para neurônios e glias. A utilização de corpos cetônicos pelo cérebro depende de seus níveis
circulantes, e normalmente estes estão em quantidades negligíveis. Entretanto, seu consumo pode
aumentar em condições especiais como durante ingestão de dietas cetogênicas ou ricas em
gordura, diabetes, dietas e insuficiência hepática. Embora os corpos cetônicos sejam capazes de
suprir parcialmente a falta de glicose, estes não suprem as necessidades energéticas causadas pela
privação de glicose.
O metabolismo energético cerebral pode ser estudado através de diferentes
metodologias, como por exemplo, a incorporação radioativa em que precursores radioativos são
empregados e os produtos gerados mensurados. Esta metodologia pode ser usada no estudo de
neurotransmissores, biossíntese e metabolismo de aminoácidos e síntese protéica. A utilização de
oxigênio pode ser medida por meio de eletrodo especial posicionado no córtex exposto. O
cérebro é um órgão muito heterogêneo e a maioria das metodologias descritas não permitem que
as variações metabólicas sejam analisadas como um todo. Duas técnicas autorradiográficas
quantitativas foram desenvolvidas com a finalidade de medir as variações de metabolismo de
glicose e do fluxo sanguíneo cerebral em diferentes áreas e durante diferentes condições
experimentais. O método desenvolvido por Sokoloff et al. (1), emprega a [14C]2-desoxiglicose
para estudar a utilização de glicose cerebral local e o método adaptado por Sakurada et al. (2),
emprega a [14C]-iodoantipirina para medir o fluxo sanguíneo cerebral local. Um detalhamento
dessas duas metodologias é feito a seguir.
2. Estudo do metabolismo de glicose empregando A [14C]2-desoxiglicose
O método descrito por Sokoloff (1) consiste em medir o consumo de glicose através do
metabolismo de seu análogo, a 2-desoxiglicose (2-DG). Esta técnica permite obter as taxas de
utilização de glicose cerebral, de maneira simultânea, em todas as regiões do sistema nervoso
central, tanto em condições fisiológicas como em condições experimentais diversas. Este método se
tornou uma potente ferramenta para cartografar a ativação de vias nervosas em diferentes
condições comportamentais.
Endereço para correspondência: Maria José da Silva Fernandes - e-mail: [email protected] - Disciplina de
Neurologia Experimental – UNIFESP - Rua Pedro de Toledo, 781 - 6º andar, CEP 04039-032 - São Paulo, SP
1
177
Neurociências
2.1. Propriedade bioquímica da 2-DG no encéfalo
A molécula de 2-DG difere da molécula de glicose por possuir um átomo de hidrogênio
em substituição ao grupo hidroxila no segundo átomo de carbono, conforme mostra a Figura 1.
Figura 1. Representação diagramática das
moléculas de glicose e 2-desoxiglicose
2.2. Descrição teórica do método da [14C]2-DG
A base teórica do método foi criada a partir da observação do comportamento
bioquímico da desoxiglicose no cérebro. Um diagrama deste modelo é mostrado na Figura 2.
Barreira hematoencefálica
Plasma
Tecido cerebral
Pool precursor
k 1*
[14 C]2DG
(Cp*)
Glicose
(Cp)
k 2*
k1
k2
Produtos metabólicos
k 3*
[14C] 2DG
(Ce*)
[14C] 2DG-6P
(Cm*)
k3
Glicose
(Ce)
Glicose-6 fosfato
(Cm)
CO2 + H2O
Fig. 2 – Diagrama do modelo teórico da [14C]2-DG]. Concentração total de
tecido: Ci*= Ce* + Cm*
C no
14
Quando injetada na corrente sanguínea, em concentração traço, a [14C]2-DG compete
pelos sítios transportadores de glicose, e, sem alterar a cinética de transporte saturável da glicose, é
transportada do sangue para o tecido cerebral, formando o pool precursor. Uma vez dentro da
célula, a [14C]2-DG ao lado da glicose são fosforiladas pela hexocinase resultando nas respectivas
178
Ciência Básica & Experimental
hexoses 6-fosfato. Neste estado, a via bioquímica do metabolismo dos dois constituintes diverge. A
glicose 6-fosfato (G6P) é convertida em frutose 6-fosfato (F6P) pela fosfo-hexose isomerase e é
metabolizada através da glicólise e do ciclo do ácido tricarboxílico, no citoplasma e na
mitocôndria, respectivamente, tendo como produto final água e CO2. A [14C]2-DG6P não é
substrato para a fosfo-hexose isomerase devido à falta do grupamento hidroxila no segundo
átomo de carbono, e nesse ponto, o seu metabolismo cessa fazendo com que se acumule no
tecido. As etapas de metabolização da glicose e da [14C]2-DG encontram-se representadas no
diagrama da Figura 2.
Embora a [14C]2-DG não seja um substrato para a hexocinase, esta possui uma baixa
afinidade pela enzima e, quando presente em concentrações elevadas, pode interferir no
metabolismo da G6P.
Existem vias alternativas de metabolismo da G6P, pela ação da glicose 6-fosfato
desidrogenase na via pentose-fosfato (shunt pentoses), ou pela ação da glicose 6-fosfatase no
reticulo endoplasmático, porém estas vias são muito pouco ativas no cérebro de mamíferos (1, 3).
Para a aplicação desta metodologia é necessária obedecer as seguintes condições:
A concentração plasmática de glicose deve manter-se constante durante o experimento;
O tecido deve formar um compartimento homogêneo para que as concentrações de
glicose e de [14C]2-DG sejam equivalentes e tenham livre transporte do tecido ao plasma;
A [14C]2-DG deve ser administrada em concentração “traço”, para que não altere a
cinética enzimática do transporte e do metabolismo de glicose;
2.3. Análise matemática do modelo
De acordo com o método, quando a [14C]2-DG é injetada no sangue ao tempo zero (0) e
circula durante um tempo T, a taxa de consumo de glicose (Ri) em todo tecido cerebral (i) pode
ser calculada, desde que a concentração total de 14C no tecido Ci* (T) seja medida no tempo T
(Figura 3).
14
14
C total no tecido
no tempo T
Ci* (T)
C do precursor que permanece no
no tecido no tempo T
k1 * e - ( k2• + K3• )T
-
0
∫ T Cp* e (K2• + K3•)t dt
Ri =
λ . Vm* . Km
0
∫ T (Cp*) dt - e - (K2• + K3•)T 0 ∫ T (Cp*) e ( K2• + K3•) t dt
φ . Vm . Km*
Fator de correção
para o efeito
isotópico
Cp
Atividade
específica
plasmática
integrada
Cp
Correção para o tempo de equilíbrio
entre o tecido e o plasma
Figura 3: Equação matemática do modelo.
O numerador da equação representa a quantidade de produto radioativo formado no
intervalo de tempo de 0 a T. Esta é obtida subtraindo-se Ci* (T) (concentrações combinadas de
[14C]2-DG e de [14C]2-DG6P presentes no tecido no tempo T) de [14C]2-DG livre, calculada a partir
da evolução de sua concentração plasmática e das constantes cinéticas apropriadas.
O denominador representa a atividade específica integrada do “pool” precursor
multiplicado pelo fator de correção do efeito isotópico, também chamado de constante “lumped”,
179
Neurociências
que é um conjunto de seis outras constantes. O fator exponencial no denominador da equação
equivale ao tempo de equilíbrio entre o “pool” precursor no tecido e no plasma, onde a atividade
específica é mensurada diretamente. A atividade específica do “pool” precursor presente no plasma
é calculada a partir das concentrações de glicose e de [14C]2-DG no plasma durante a
experimentação. As concentrações plasmáticas de glicose (Cp) e de [14C]2-DG (Cp*) são
determinadas através de coletas de sangue arterial em diferentes tempos entre o momento da
injeção do traçador (t0) e o momento de sacrifício do animal (T). Algumas poucas amostras de
sangue são coletadas ao longo do experimento para a dosagem de glicose plasmática, a fim de
evitar a hipovolemia do animal.
2.4. Constantes cinéticas
As constantes cinéticas k1* , k2* e k3* referem-se, respectivamente ao transporte da
[14C]2-DG do sangue para o tecido, do tecido para o plasma e para a fosforilação da[14C]2-DG no
tecido. Estas constantes são influenciadas essencialmente pelas propriedades do sistema de
transporte e pela concentração de glicose plasmática e tissular. Estas constantes são calculadas em
experimentos separados, e variam de acordo com a espécie, região do cérebro e da condição
experimental.
2.5. Fator de correção para efeito isotópico ou constante “lumped”
A constante “lumped” [λVm*Km/ФVmKm*] corrige as diferenças entre o comportamento
cinético da [14C]-2DG e da glicose com a enzima hexocinase. Ela é a combinação entre 6
constantes e o produto de 4 fatores 1/Ф, λ, Vm*/Vm e Km/Km*.
O primeiro fator é o inverso de Ф, uma constante entre 0 e 1 que reflete a atividade da
glicose-6-fosfatase. Devido a sua atividade negligível no cérebro, esta constante tem valor igual ou
próximo de 1.
O segundo fator λ representa a taxa do volume de distribuição de [14C]2DG e de glicose
no tecido cerebral. O volume de distribuição do [14C-2DG] varia nas diferentes regiões do
encéfalo, porém a distribuição da glicose varia proporcionalmente na mesma proporção fazendo
com que λ permaneça constante.
Vm*/Vm é a taxa das velocidades máximas de fosforilação da [14C]2DG e da glicose pela
hexocinase. As velocidades máximas variam proporcionalmente entre uma e outra e entre a
matéria branca e a matéria cinzenta cerebral fazendo com que Vm*/Vm sejam constantes.
Similarmente, a taxa das constantes de
Michaelis-Menten Km/Km*, que representa as
propriedades cinéticas da hexocinase, também é uniforme no cérebro. A constante “lumped” varia
de uma espécie a outra, mas não varia dentro de uma mesma espécie, exceto na presença de
hipoglicemia ou de hiperglicemia (1). Em ratos albinos adultos, conscientes, a constante é de
0,481. Para a correta aplicação desta equação, é apropriado medir as variáveis fisiológicas tais
como, pressão arterial, pH, PO2 e PCO2 para atestar a boa condição do animal durante o
experimento.
2.6. Considerações finais sobre o método
O método apresenta algumas limitações que no geral podem ser contornadas através de
manobras experimentais conforme descrição de Sokoloff (1). A equação operacional do método
define as variáveis a serem mensuradas na determinação da utilização cerebral local de glicose. Esta
equação contém várias constantes (k1, k2, k3 e a constante “lumped”) que não são aplicáveis a
todas as condições fisiológicas, farmacológicas ou patológicas.
Os valores das constantes cinéticas variam muito ao longo dos experimentos, sendo altas
logo após injeção de [14C]2DG, diminuindo ao longo do tempo até atingirem níveis muito baixos
aos 45 minutos. Fatores como a hipo ou hiperglicemia severa ou na redução do débito sangüíneo
podem alterar os valores destas constantes. Por esta razão seus valores devem ser determinados
para cada condição experimental.
180
Ciência Básica & Experimental
O trabalho de Sokoloff (1) mostrou que até uma hora após a injeção do traçador, a
[14C]2-DG6P acumulada no tecido não sofre alteração, pois esta não atravessa a barreira
hematoencefálica e não é metabolizada pela glicose-6-fosfatase.
Acima deste período, pode
ocorrer uma pequena perda de [14C]2-DG6P devido à ação da glicose-6-fosfatase. Diante desse
achado, os autores introduziram duas novas constantes na equação, k4 e k5.
Assim, para a aplicação da equação de Sokoloff (1), é necessário se conhecer algumas
variáveis:
a) a evolução da concentração de [14C]2DG plasmática (CP*), do tempo zero até o
momento do sacrifício do animal (T);
b) a concentração de glicose plasmática (Cp) durante o mesmo período;
c) a concentração local de 14C no tecido (Ci*) no momento do sacrifício do animal (T).
d) o experimento deve durar 45 minutos a contar da injeção intravenosa de [14C]2-DG,
tempo necessário para que ocorra clearance do radioisótopo plasmático e para que os valores das
constantes cinéticas sejam baixos a ponto de não interferirem no resultado final. Após 45 minutos,
há um decaimento da [14C]2-DG plasmática e tissular, e a [14C]2-DG-6P representa a maior parte
do 14C no tecido.
Este método autorradiográfico tem uma grande relevância por permitir o mapeamento
da atividade cerebral em todas as áreas do encéfalo, de maneira simultânea, em diferentes
condições experimentais. Esta técnica tem ajudado a identificar circuitos envolvidos em alterações
do sistema nervoso central, como crises epilépticas, consideradas a principal forma de ativação de
redes neuronais. Uma adaptação para ratos em desenvolvimento foi feita por Nehlig et al (4)
3. Estudo do Fluxo Sanguíneo Cerebral Local Empregando o Traçador Difusível [14C]iodoantipirina
O método quantitativo autorradiografico para medir o fluxo sangüíneo cerebral (FSC)
descrito por Sakurada (2), é baseado nos estudos feitos por Kety e colaboradores (5, 6, 7). O
grupo de Kety criou equações com base no princípio de Fick, que permite estudar o fluxo
sanguíneo através de traçadores difusíveis (5, 6, 7). O princípio de Fick estabelece que a
quantidade do traçador Qi carreado pelo sangue que supre o compartimento i por unidade de
tempo, é igual ao produto do fluxo sanguíneo Fi que perfunde este compartimento e a diferença
arteriovenosa da concentração do traçador (Ca-Cv). Esta equação é escrita da seguinte forma:
dQi/dt=Fi(Ca-Cv)
A partir dos estudos de Kety (6, 8), Sakurada e colaboradores (2) descreve uma nova
equação empregando o traçador difusível e inerte quimicamente, iodo[14C]antipirina. Esta técnica é
importante por fornecer as taxas de FSC, de maneira simultânea, em todas as regiões do sistema
nervoso central tanto em condições normais, quanto em condições experimentais. A equação
proposta por Sakurada foi:
Ci(T) = λK0∫ T Cae- K ( T – t ) dt
Onde Ci(T) é igual a concentração (nCi/g) do traçador no tecido no tempo (momento
do sacrifício do animal), T, após a introdução do traçador na circulação; λ é o coeficiente de
partição entre o tecido e o sangue (no equilíbrio é de 0,8 para 14C-IAP); CA é a concentração do
traçador no sangue arterial (nCi/g)l; t, o tempo de infusão (min) e K a constante equivalente a taxa
de fluxo sangüíneo no tecido.
A constante K é definida por:
K= mF/w λ
Onde F/w representa o fluxo sangüíneo por unidade de massa do tecido (mL/g/min) e m
é uma constante entre 0 e 1 que representa a extensão do equilíbrio da difusão entre o sangue e o
tecido, sendo calculada a partir da passagem do traçador do capilar arterial para o venoso. Na
ausência de limitação da difusão ou “shunt” arteriovenoso, m é igual a 1.
181
Neurociências
A IAP é considerada um traçador mais eficiente que a própria antipirina ou
trifluoroiodometano ([131I]CF3I) usados pelo grupo de Kety (6, 8), pois apresenta maior
coeficiente de partição solvente/água, o que confere maior difusibilidade através da barreira
hematoencefálica. Além da melhor difusibilidade, a [14C]IAP apresenta meia-vida mais longa que a
[14C]antipirina ou [131I]-CF3I, não é volátil, e tem taxa negligível de degradação no tecido em 1 min
após injeção, o que permite uma manipulação experimental mais adequada, com melhor
resolução autorradiográfica para marcação de 14C (2).
O método da [14C]IAP vem sendo amplamente utilizado para inúmeras espécies animais,
porém a aplicação da mesma não é conveniente para coelhos devido à alta absorção do traçador
pelos glóbulos vermelhos nesta espécie (12). Uma versão para animais em desenvolvimento foi
descrita por Nehlig et al. (9).
3.1. Desvantagens e limitações do método
• Apesar de instantânea, a medida não é dinâmica e mostra os valores de fluxo relativos
ao momento da morte do animal, sendo distintas em cada animal.
• Requer softwares específicos (Densirag e Débit) criados pela Biocom (França), com
base na equação de Sakurada (2).
• Todo o procedimento de infusão do traçador, coleta do sangue arterial e sacrifício do
animal não podem exceder 1 min a fim de evitar possível degradação no tecido;
• O traçador deve ser injetado com o auxílio de uma bomba de microperfusão
programável para que seja possível obter concentrações crescentes durante 1 min de
experimento.
4. Aplicação prática dos métodos
Como já citado anteriormente, a utilização desses métodos permite obter a medida de
utilização de glicose e de fluxo sanguíneo cerebral em diferentes áreas e simultaneamente. É bem
estabelecido que as taxas metabólicas de oxigênio e de glicose são heterogêneas nas diferentes
regiões do encéfalo, tanto em humanos quanto em animais (1,9). Essa alteração varia de acordo
com a espécie animal em estudo. Por exemplo, a utilização de glicose é 2 a 4 vezes maior em ratos
do que em humanos e macacos, dependendo da área e do tipo celular (neurônio ou glia).
As taxas de consumo de oxigênio e de glicose são mais baixas e homogêneas na
substância branca comparada a substância cinzenta. Áreas com maior número de contatos
sinápticos, como por exemplo, as áreas auditivas, motoras e límbicas, são as que apresentam
maiores consumo de glicose.
Trabalhos prévios realizados pelo grupo de Fernandes, demonstraram que o balanço
entre a utilização local da glicose cerebral (ULGC) e o fluxo sanguíneo cerebral local (FSCL) é
alterado em animais submetidos ao status epilepticus (SE) e que esse desequilíbrio é dependente de
idade sendo mais intenso em animais adultos e em áreas onde ocorre maior intensidade de lesão
(10). No exemplo a seguir, pode-se verificar autorradiogramas obtidos de ratos Wistar, adultos,
machos, durante status epilepticus induzido por pilocarpina (360 mg/kg, i.p.) mediante prétratamento com o agonista adenosinérgico A1, RPia (R(-)N6-(2-fenilisopropil)adenosina) (25
mg/kg, i.p.) (3). Os grupos estudados foram: Salina: animais tratados com salina e dimetilsulfóxido
(DMSO); Pilo: animais tratados com pilocarpina, após pré-tratamento DMSO; RPia+Salina:
animais tratados com salina, após pré-tratamento com RPia; RPia+Pilo: animais tratados com
pilocarpina, após pré-tratamento com RPia (11).
4.1. Protocolo para o método [C14]2-DG
Aproximadamente 24 horas antes da aplicação do traçador, os animais foram anestesiados com
halotano, e submetidos ao procedimento cirúrgico para implantação dos cateteres (PE-50, Clay Adams)
na artéria e veia femoral. As variáveis fisiológicas (pressão arterial, glicose arterial, pH, pCO2 e pO2) foram
avaliadas antes da indução do SE e da aplicação da [C14]2-DG. No tempo zero, um pulso de 100μCi/kg
182
Ciência Básica & Experimental
de [C14]2-DG (PerkinElmer) foi injetada por via intravenosa, em animais apresentando status epilepticus
(4H) ou salina. Inicia-se então a coleta de amostras de ~100μl de sangue através do cateter arterial, com
auxílio de capilares de vidro, durante 1 minuto, para a obtenção do pico da concentração plasmática do
traçador e para análise da glicose sangüínea plasmática. A seguir, as coletas foram feitas a cada 5 minutos
até o final do experimento (exatos 45 minutos) para obtenção da curva de decaimento plasmático do
14C. O sangue era transferido para tubos fluoretados e não heparinizados, e cerca de 10μl de plasma
eram transferidos para tubos contendo líquido de cintilação que eram levados para leitura em um
cintilógrafo de emissão beta (Tricarb 1100, Beckman). Aos 45 min após injeção do traçador, os ratos eram
decapitados e seus cérebros rapidamente dissecados sobre placa de gelo e congelados a -80ºC.
Os cérebros foram cortados em criostato a -20ºC (20μm), e fatias coronais foram
coletadas em lamínulas de vidro e secas sobre placa aquecida a 60ºC. Quando secas, estas eram
posicionadas sequencialmente em papel cartão, antes de serem expostas aos filmes sensíveis ao RX
nos cassetes. Este procedimento permite homogeneidade das fatias, garantindo nitidez do
resultado. A exposição aos filmes foi feita na presença de padrões com diferentes concentrações de
14C (GE) para obter a curva padrão após leitura por densidade óptica dos níveis de cinza. A leitura
é feita através de softwares específicos (Densirag e 2DG), criados pela Biocom (França), que
permite integrar todas as informações colhidas ao longo do experimento (tempo, concentração de
glicose nos diferentes tempos, leitura em dpm da [C14]2-DG, constante lumped, e os valores da
densidade óptica lida em cada região de interesse). Normalmente são lidas 45 regiões do
encéfalo, e cada região é lida em uma seqüência de 4 cortes para obtenção do valor médio usado
na equação. Os valores são expressos em μmoles glicose/100g tecido/min.
A medida do fluxo sanguíneo cerebral local foi realizada através do método de Sakurada
(2). As variáveis fisiológicas (pressão arterial, glicose arterial, pH, pCO2 e pO2) foram avaliadas
antes da indução do SE. Um volume de 1,0 mL de IAP (56 mCi/mmol; Amersham; 25μCi/mL) foi
infundido por via intravenosa durante 1 minuto. Amostras de sangue arterial foram colhidas
durante a infusão, e tratadas com solubilizador de tecido (Optisolv, Sigma) e peróxido de
hidrogênio antes de serem submetidas à contagem do C14 pelo contador de cintilação beta. Ao
final do procedimento (1 min), os ratos foram decapitados, seus cérebros retirados e congelados
em metilbutano à -25oC e estocados a –80°C até serem processados. Cortes coronais (20μm) foram
feitos em criostato a -20oC e recuperados em lamínulas para montagem dos filmes
autorradiográficos, conforme descrito anteriormente. Calibradores de C14 (GE) foram usados para a
construção da curva padrão durante leitura dos filmes pelo Densirag. As concentrações das regiões
cerebrais foram estimadas de acordo com o nível de cinza em relação à curva padrão. O
programa “Débit” (Biocom, França) foi usado por integrar todas as informações colhidas durante o
experimento. Os resultados são expressos em ml IAP/grama tecido/min.
A Figura 4 mostra um autorradiograma dos cortes de cérebro de ratos injetados com
[14C]2DG para o estudo da utilização local de glicose cerebral (ULGC), em que se observam
diferentes padrões de ativação entre as áreas estudadas. A comparação entre os grupos
experimentais Pilo e RPia+Pilo revelou diminuição significante na ULGC no giro denteado (54,01%; p<0.001) e na substância negra pars reticulata (-67,96%; p<0.001) no grupo que
recebeu o agonista A1 RPia.
183
Neurociências
Figura 4: Autorradiograma de [14C]2DG em cortes coronais de
cérebros de ratos adultos de diferentes grupos: controle (Salina),
Pilo, RPia+Pilo. *Giro denteado (DG), corpo geniculado medial
(MGB), substância negra pars reticulata (SNPR) e colículo inferior
(ICol).
A Figura 5 mostra um autorradiograma de ratos tratados com [14C]IAP para estudo do
fluxo sanguíneo cerebral local (FSCL), em que se observa variados níveis de cinza nas diferentes
regiões, refletindo a perfusão do tecido. O SE causou um aumento significante do FSCL em CA2
(27,68%, p<0,05); CA3 (27,43%, p<0,01); giro denteado (27,53%, p<0,05); córtex entorrinal
(29,46%, p<0,05); corpo mamilar (31,25%, p<0,05); tálamo médiodorsal (38,57%, p<0,01);
tálamo ventropóstero medial (30,07%, p<0,05); núcleo rubro (14,72%, p<0,05); tálamo
posterior (34,82%, p<0,05); corpo geniculado medial (30,71%, p<0,05); zona incerta (31,87%,
p<0,01); núcleo oral da ponte (34,82%, p<0,05); córtex visual (40,41%, p<0,05) no grupo prétratado com RPia em relação ao grupo tratado somente com pilocarpina.
Figura 5: Autorradiograma de [14C]-IAP em cortes coronais de cérebros
de ratos adultos dos diferentes grupos: controle (Salina), Pilo e
RPia+Pilo. *Giro denteado (DG), corpo geniculado medial (MGB),
substância negra pars reticulata (SNPR) e colículo inferior (ICol).
Não foram observadas diferenças significantes nos valores dos parâmetros fisiológicos
(pressão arterial, glicose arterial, pH, pCO2 e pO2) entre os grupos estudados durante os
experimentos.
Estas figuras foram adicionadas apenas para ilustrar um padrão de marcação
autorradiográfica em que se observa nitidez dos níveis de cinza nas diferentes áreas, em uma
184
Ciência Básica & Experimental
condição controle, durante estado de mal epiléptico, considerado a principal forma de ativação
cerebral, e com pré-tratamento com agente neuroprotetor. Variações muito discretas podem ser
obtidas na leitura dos filmes pelo sistema de analise de imagens que capta áreas muito pequenas
como um ponto. Nosso objetivo foi mapear áreas ativadas durante a crise e verificar se haveria
modificação de ativação pelo tratamento com o agonista A1, tanto do ponto de vista metabólico
quanto do fluxo sanguíneo, que pudessem nos sinalizar mecanismos em áreas específicas,
envolvidas com o processo de neuroproteção.
5. Conclusões
Este capítulo tem a finalidade de fornecer ao leitor as bases teóricas do método
quantitativo do metabolismo de glicose cerebral pela aplicação de [C14]2-DG descrito por Sokoloff
(1) e do fluxo sanguíneo pela aplicação da [C14]IAP (2), em modelos animais.
Os métodos permitem conhecer as variações metabólicas e hemodinâmicas em situações
experimentais, que podem ajudar a esclarecer pontos difíceis de serem estudados em humanos
com patologias. Os métodos são quantitativos, de aplicação relativamente simples, um pouco
trabalhosos em sua execução e custo médio. Apresentam a desvantagem de empregarem material
radioativo de longa meia-vida (14C).
O mercado dispõe de miniaturas de tomografia por emissão de pósitrons (mini-PET) e de
mini-SPECT, ainda em padronização, para o estudo do metabolismo e do fluxo sanguíneo,
respectivamente, em roedores. Os relatos do uso de micro-PET existente fora do Brasil mostram
que este apresenta imagens com baixa resolução espacial necessitando do uso concomitante da
ressonância magnética caso seja necessária boa resolução anatômica. O método autorradiográfico
oferece vantagens em relação ao micro-PET e micro-SPECT pelo fato de apresentar ótima definição
de variações funcionais em áreas muito discretas do encéfalo. Por outro lado, o micro-PET e microSPECT permitem acompanhar variações funcionais ao longo do tempo, no mesmo animal, sendo
importante para estudar a evolução de mecanismos patológicos que as técnicas autorradiograficas
não permitem, pois o animal tem que ser sacrificado.
185
Neurociências
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186
Ciência Básica & Experimental
PAPEL DO ÍON CÁLCIO E DE PROTEÍNAS SENSORAS DE CÁLCIO EM EPILEPSIA DO LOBO
TEMPORAL
Paula Hespanholo Nascimento; Lília D’Souza-Li1
1. Epilepsia do lobo temporal
Epilepsia consiste de um grupo de doenças associadas a crises epilépticas recorrentes
espontâneas (1). São condições neurológicas comuns e graves e freqüentemente se iniciam na
juventude sendo que a incidência em países desenvolvidos é entre 50 a 100 em cada 100.000
pessoas por ano (2). Em crianças e países subdesenvolvidos essa incidência pode ser maior (3). De
20% a 30% dos pacientes recusam a submeter-se a tratamentos com drogas anti-epiléticas (2) e a
alta incidência, as sérias conseqüências de epilepsia não tratada ou mal controlada e o efeito
debilitante do tratamento com medicação anti-epilética têm gerado mais que uma centena de
pesquisas sobre as causas e conseqüências da epilepsia (4). A epilepsia do lobo temporal (TLE, do
inglês Temporal Lobe Epilepsy) é o tipo mais comum de epilepsia parcial. As crises parciais estão
associadas a atividades paroxísticas intercríticas registradas como ondas agudas focais e/ou pontaonda ou descargas focais referentes ao lobo temporal (5). A maioria das crises parciais complexas
originárias do lobo temporal acontece em estruturas mesiais tais como o hipocampo (6).
2. Anatomia do hipocampo
O hipocampo é uma estrutura situada à posição medial dos dois lobos temporais,
postero-inferiormente à amígdala. A formação hipocampal pode ser dividida em 3 regiões: o giro
denteado (ou fascia denteada), corno de Ammon (ou hipocampo propriamente dito) e complexo
subicular (7). O corno de Ammon é dividido em subregiões: CA1, CA2, CA3 e CA4. Essas regiões
são diferenciadas por variações no tamanho das células piramidais, o neurônio primário do corno
de Ammon. O hipocampo recebe aferentes neocortical, subcortical, límbico, tronco cerebral da via
perfurante e córtex entorrinal para o giro denteado. As células piramidais modificadas da região
CA4 (ou células musgosas) são ricas em receptores de glutamato (o neurotransmissor excitatório
mais abundante) e dão origem a muitas fibras que fazem sinapse de volta para o giro dentado
criando um circuito de “feedback” entre o giro dentado e as regiões CA3/CA4.
3. Esclerose hipocampal e epilepsia
Em pacientes com epilepsia do lobo temporal foram encontradas mudanças patológicas
nas estruturas mesiais de seus lobos temporais (8). Uma das mudanças patológicas mais comuns é a
esclerose hipocampal (HS, do inglês Hippocampal sclerosis) (9). O critério mínimo para o
diagnóstico de HS está resumido no relatório da Liga Internacional contra Epilepsia (ILAE, do inglês
International League against Epilepsy (10) e inclui perda neuronal seletiva e gliose em CA1 e
endofolio. Outra alteração em HS inclui dispersão da camada de células granulares e reorganização
sináptica das fibras musgosas (brotamento das fibras musgosas) (11). Babb et al. (12) perceberam
que pacientes com epilepsia do lobo temporal têm marcas focais de hiperexcitabilidade em áreas
do hipocampo onde há perda seletiva dos neurônios piramidais. Esse resultado mostra ligação
direta entre esclerose hipocampal e hiperexcitabilidade hipocampal sugerindo que áreas específicas
do hipocampo podem causar circuitos anormais que podem gerar ataques focais. A resistência ao
tratamento farmacológico é um problema clínico crucial em pacientes com TLE e a cirurgia
representa, em muitos casos, uma estratégia terapêutica de sucesso. Estudos de material obtido de
cirurgias de pacientes com epilepsia do lobo temporal intratável revelaram que remoção da
formação hipocampal danificada pode reduzir ou mesmo abolir as crises e que uma taxa maior de
sucesso esteve relacionada com a presença de esclerose hipocampal (13).
Endereço para correspondência: Lília D’Souza Li - e-mail: [email protected] - Departamento de Pediatria,
Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP. R. Tessália Vieira de Camargo, 126 - CEP 13084-971, Campinas-SP
1
187
Neurociências
4. Papel do glutamato na gênese da TLE
O glutamato é um neurotransmissor com efeitos neuroexcitatórios e neurotóxicos em
neurônios de mamíferos (14) e são conhecidos três receptores ionotrópicos de glutamato
principais:
N-metil-D-aspartato
(NMDA),
α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolepropionato
(AMPA) e kainato (15). A exposição do neurônio ao glutamato pode levar à morte celular
semelhante a que ocorre na exposição ao o ácido kainico (16). Além disso, administração de
antagonista não competitivo de NMDA previne crises epiléticas mediadas por danos no cérebro
(17). Experimento utilizando injeção de aminoácidos excitatórios em cérebro de ratos mostrou que
o dano causado consistiu em perda irreversível de neurônios e gliose reativa no hipocampo
semelhante ao que é observado em humanos com esclerose hipocampal, sugerindo que o
mecanismo de esclerose hipocampal pode ser devido à ativação de receptores de aminoácidos
excitatórios. Dod e Bradford (18) também observaram que aminoácidos excitatórios são liberados
em altas concentrações durante crises em ratos. Além disso, as concentrações máximas de
glutamato coincidiram com o pico de intensidade das crises. Este aumento de aminoácidos
excitatórios pode induzir dano neuronal via influxo de cálcio mediado por receptores glutamato.
Estudos com cérebro de rato mostraram que as regiões CA1 e CA3 do hipocampo são as
mais vulneráveis a dano após crises induzidas (19). Estas regiões possuem o maior numero de sítios
de ligação para glutamato (20). Não somente os receptores glutamato estão aumentados em
regiões vulneráveis do hipocampo, mas outras proteínas podem ter um papel na proteção de
regiões que são menos afetadas. Proteínas ligadoras de cálcio que reduzem a sua disponibilidade
estão ausentes nas regiões CA1 e CA3 em hipocampo humano, mas são abundantes naquelas
regiões que aparecem relativamente protegidas de danos neuronais como a CA2 e células
granulares denteadas (21). Além disso, antagonistas de NMDA e “non-NMDA”, que diminuem o
influxo de cálcio nos neurônios, reduzem o dano causado por ácido kainico em ratos (6). Em
1996, Champman concluiu que excessiva neurotransmissão glutamatérgica é um dos mecanismos
primários por trás da etiologia de numerosos tipos de epilepsia. Outros numerosos estudos
mostram que glutamato e kainato são capazes de induzir epilepsia em animais com sintomas que
se correlacionaram com aqueles observados em humanos (22). Diversas mudanças funcionais na
neurotransmissão de aminoácido excitatório são relatadas em animais susceptíveis a crises
epilépticas tais como aumento de influxo de Ca2+ induzido por aminoácido excitatório, ligação
alterada de aminoácido excitatório, aumento da liberação de glutamato e aspartato e modulação
da expressão e função de transportador de glutamato (23).
5. Receptores metabotrópicos do glutamato
Receptores metabotrópicos do glutamato (mGluR) são expressos em regiões
epileptogênicas chaves do cérebro, incluindo o córtex cerebral, o tálamo, a amígdala, o
hipocampo e gânglios basais que recebem estímulos dessas regiões (24). O glutamato, assim como
acetilcolina, dopamina, serotonina e noradrenalina, agem via receptores acoplados à proteína G
(GPCR). Desde a clonagem e seqüenciamento de mGluR-1 em 1991 (25), sete outros mGluRs foram
caracterizados e seqüenciados. Esses oito receptores foram divididos em três grupos de acordo
com a homologia de sua seqüência, mecanismos de transdução de sinal e agonista farmacológico.
O grupo 1 dos mGluR do qual fazem parte o mGluR 1 e 5 agem preferencialmente ativando a
fosfolipase C, mas também podem inibir atividade das adenilato ciclases (26). A unidade funcional
parece ser um homodimero, com um grande domínio amino (N)-terminal extracelular contendo
uma estrutura bilobada semelhante a uma “Venus Flytrap” que é convertida da configuração
aberta para fechada por um ligante agonista, sete regiões transmembranas e um domínio carboxi
(C)-terminal com numerosos sítios de fosforilação e/ou domínios de interação com proteínas
intracelulares tais com Homer e outras (27). Estudos imunohistoquímicos mostraram que a
localização neural dos mGluRs relativas à fenda sináptica variam de acordo com o seu grupo e
subtipo. Receptores mGlu do grupo I são encontrados predominantemente em uma localização
adjacente às margens da fenda pós-sináptica (28).
Os mGluR do grupo I se acoplam à proteína-G estimulatória (Gq) e ativam a proteína
fosfolipase C (PLC) gerando inositol-1,4,5-trifosfato e diacilglicerol a partir de fosfatidilinositol-4,5-
188
Ciência Básica & Experimental
bisfosfato. Inositol-1,4,5-trifosfato libera cálcio de bolsões intracelulares e diacilglicerol ativa a
proteína quinase C (PKC) (29). Inositol fosfatos são conhecidos por regular o tráfego pela
membrana, o metabolismo da glicose, organização do citoesqueleto e, o mais importante,
homeostase intracelular de Ca2+ - particularmente a liberação de Ca2+ estocado via receptores
sensíveis a inositol-1,4,5-trifosfato. A atividade secundária induzida por essa via inclui ativação de
canais de Ca2+ operados por voltagem da membrana plasmática (VOCC) e a indução de efluxo de
K+ via canais de Ca2+ sensíveis a K+. Receptores mGlu têm uma enorme diversidade de efeitos nos
neurônios e glia (30) e exibem plasticidade dependente de atividade, incluindo um processo de
dessensibilização relacionado à fosforilação e internalização de moléculas receptoras
(particularmente, mGluR dos grupo I) (31). Os efeitos convulsivantes de agonistas de mGluR do
grupo I podem resultar de ações excitatórias diretas. Estas incluem o bloqueio da acomodação e
ativação de canais catiônicos não-seletivos, canais L-type Ca2+, e inativação de canais de K+ Ca2+ativado e Ca2+-não ativado ou um aumento da troca de Na+/Ca2+. Alternativamente, os mGluRs
do grupo I podem modular ação excitatória indiretamente por potencializar a ativação de NMDA
e/ou respostas do receptor AMPA. Por exemplo, em neurônios piramidais corticais, a ativação de
mGluR1 potencializa resposta de NMDA pela via calmodulina-dependente, mas PKC
independente, mecanismo envolvendo fosforilação em tirosina da subunidade NR2A (32).
6. Papel do cálcio na regulação e morte neuronal
O íon cálcio tem um papel chave nas diferentes formas de estabelecimento de
plasticidade (33). Proteínas sensoras de cálcio, entre elas a família de proteínas ligadoras com alta
afinidade a cálcio “EF-hand” e proteínas sensoras de cálcio neuronal (NCS) são expressas no
sistema nervoso central. As NCS são conhecidas por influenciarem várias vias de sinalização
neuronal e por serem importantes para o aprendizado e o processo de memória (34). Elas estão
expressas em altas concentrações em hipocampo de ratos (35).
A morte de células neuronais induzida pelo neurotransmissor glutamato também é
mediada pelo aumento na concentração de cálcio intracelular [Ca2+]i. A morte ou sobrevivência
que ocorre nas células como resultado de mudanças na [Ca2+]i depende da quantidade, da cinética
e da fonte de sua entrada na célula (36). Desse modo, como é essencial que [Ca2+]i seja mantido
dentro de limites estritos, há múltiplos mecanismos celulares que tamponam, seqüestram e
acumulam Ca2+ e mudanças em sua concentração são geralmente altamente localizados dentro da
célula.
7. VILIP-1
A “Visinin-like protein” (VILIP-1), uma proteína pertencente à família das proteínas NCS
está relacionada à sinalização de cAMP e cGMP (37) e modulação da função do receptor
nicotínico da acetilcolina (38). VILIP-1, assim como mGluRs, são associados a mudanças
moleculares relacionando plasticidade hipocampal dependente do receptor in vivo (39) e sabe-se
que a ativação de mGluR pode funcionar como um disparo para a regulação hipocampal da
expressão de VILIP-1, que assim como outras proteínas, podem levar a mudanças na sinalização
neuronal durante plasticidade hipocampal, resultando em aumento ou redução da plasticidade de
longa duração. A interação entre mGluRs e proteínas NCS poderia, dessa forma, corresponder a
um mecanismo importante ligando a consolidação de potenciais de longa duração (LTP)
hipocampal e outras formas de plasticidade, influenciando aprendizado e memória em cérebro de
mamíferos. No entanto, não há estudos associando VILIP-1 e esclerose hipocampal.
8. Receptor sensor de cálcio
Cálcio é um íon abundante e organismos multicelulares necessitam constantemente
monitorar e ajustar as concentrações de Ca2+ extracelular ([Ca2+]o) nos fluidos corpóreos para
manter um ambiente estável. Esse processo é denominado homeostase sistêmica de cálcio e requer
um detector de cálcio extracelular. Antes da identificação molecular deste sensor, já se sabia que
189
Neurociências
aumento ou diminuição do cálcio sistêmico ionizado (que é normalmente 1.2 mM) regula de
forma inversa as concentrações séricas de hormônio paratireoidiano (PTH) (40). PTH é um
hormônio secretado pelas glândulas paratireóide cujas duas principais ações são regulação da
excreção de cálcio no rim e sua liberação do osso. Portanto, a secreção de PTH age para balancear
mudanças na [Ca2+]o através de um mecanismo de feedback negativo.
O receptor sensor de cálcio (CASR) humano é uma proteína de aproximadamente 120
kDa, consistindo de 1078 aminoácidos, com 612 aminoácidos no domínio extracelular (ECD), 259
aminoácidos que incluem sete domínios transmembrana (TM) – característicos de membros das
proteínas que se acoplam à proteína G (GPCR), três alças intracelulares (ICL) e três extracelulares
(ECL), e 216 aminoácidos de longa cauda C-terminal citoplasmática (ICD) (41). Ele pertence à
subfamília do receptor metabotrópico glutamato, que compreende, entre outros, os mGluR
(NAKANISHI, 1992), o receptor GABAB (42), receptores gustativos (43) e de feromonas (44). Os
eventos que ocorrem em virtude da ativação do CASR são complexos e podem ser mediados por
várias vias diferentes de sinalização. O CASR funcional se assemelha a um homodímero (45) que
recruta a proteína Gq heterodimérica, resultando em estimulação da atividade da fosfolipase C e
subseqüente mobilização de cálcio através da geração de inositol-1,4,5-trifosfato e ativação de
proteína quinase C (46). O CASR também pode se ligar e ativar Gi/o e G12/13 resultando em inibição
da atividade de adenilato ciclase e estimulação de Rho-GEF (fator que media a troca do
nucleotídeo guanina na proteína Rho), respectivamente (47). Além disso, a porção intracelular do
CASR pode se ligar diretamente à proteína Filamina-A e essa interação é necessária para
estimulação das quinases ERK1 e ERK2 (48).
A função neuronal do receptor sensor de cálcio ainda é discutível (49). Contudo, várias
publicações mostram que o CASR é expresso em cérebro de mamíferos. Estudos com
imunocitoquimica sugerem que GPCR ocorre em locais discretos e pontuados no cérebro que
parecem estar associadas com nervos terminais (50). Foi demonstrado que a transmissão sináptica
na região CA1 do hipocampo induz depleção transitória do cálcio extracelular (51). É então
possível imaginar que mudanças no [Ca2+]o seriam detectadas pelo CASR que está presente nessas
sinapses. Desativação do CASR levaria à inativação da correspondente cascata de sinalização
intracelular que modularia a resposta sináptica e plasticidade. O possível papel do CASR na
plasticidade sináptica foi relatado com a demonstração de heretodimerização em neurônios, do
CASR com mGluRs do grupo I, conhecido por ser importante para LTP. CASR e mGluR1 foram coimunoprecipitados de cérebro bovino e co-localizados em cérebro de ratos (na Purkinje cerebelar,
nas áreas do hipocampo CA1, CA3 e giro denteado) (52). O CASR é expresso em células nãoneuronais no cérebro (oligodendrócitos (53), astrócitos (54) e microglia (55)). O papel do CASR
glial é incerto, podendo estar envolvido na resposta da célula glial à mudança do meio local
incluindo sensibilidade e regulação iônica extracelular e de nutriente do meio para suportar
viabilidade neural e especificamente regulando mudanças rápidas pela sinapse.
O papel do CASR no cérebro, contudo, não está definido. Devido à sua homologia com
o mGluR1 incluindo a mesma via de sinalização intracelular, e a sua presença já descrita no
hipocampo, existe a hipótese de que o receptor sensor de cálcio esteja envolvido na morte celular
e na esclerose hipocampal em epilepsia mesial temporal. Recentemente, mutações no CASR foram
descritas em pacientes com epilepsia generalizada idiopática, sendo um caso familiar e cinco
pacientes esporádicos com epilepsia mioclônica juvenil (56). Todas as mutações são novas, em
resíduos onde mutações não foram descritas em pacientes com hipercalcemia hipocalciúrica
familiar ou hipocalcemia autossômica dominante, duas doenças associadas a mutações no CASR
(46). Resta saber se estas mutações descritas estão associadas a ganho ou perda de função do
CASR, embora dados de calcemia e PTH foram normais em um indivíduo analisado. O CASR é
alvo seletivo de drogas que alteram sua função e resgatam as alterações compensando as
mutações, podendo representar potencial para desenvolvimento de novos fármacos contra
epilepsia.
Unindo evidências de que a proteína VILIP-1 atua juntamente com mGluR1 na
plasticidade sináptica e sabendo-se que os receptores metabotrópicos mGlu têm relação com crises
epilépticas, existe também a possibilidade da expressão de VILIP1 e outras proteínas NCS estarem
alteradas em hipocampo de indivíduos com crises epiléticas quando comparados com aqueles sem
história prévia de doenças do sistema nervoso central.
190
Ciência Básica & Experimental
Assim como o íon cálcio e o mGluR1 são importantes na gênese da epilepsia, outras
proteínas sensoras de cálcio expressas em hipocampo podem estar relacionadas à doença. Sendo
assim, a investigação destas proteínas, começando por aquelas que já têm alguma semelhança
estrutural ou relação com mGluR1, torna-se indispensável para melhor compreensão dos
mecanismos moleculares da doença.
191
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Neurociências
196
Ciência Básica & Experimental
MELHOR TRABALHO DA CATEGORIA
PERFIL DA EXPRESSÃO GÊNICA NA EPILEPSIA DE LOBO TEMPORAL MESIAL FAMILIAL
ASSOCIADA COM ATROFIA HIPOCAMPAL
Cláudia V. Maurer-Morelli; Cristiane S. Rocha; Romênia R. Domingues; Helder Tedeschi; Evandro
De Oliveira; Fernando Cendes; Iscia Lopes–Cendes1
1. Introdução
A epilepsia de lobo temporal mesial (ELTM) é reconhecidamente uma síndrome de
grande importância clínica não somente por sua alta incidência, mas também, por ser
freqüentemente refratária ao tratamento medicamentoso. Além disso, é comum a ELTM estar
associada com achados histopatológicos de esclerose mesial temporal, a qual é caracterizada por
perda neuronal nas regiões da amígdala, uncus e giro parahipocampal, mas o achado mais
marcante é a esclerose hipocampal (1-2). O padrão de esclerose hipocampal ligada a ELTM tem um
padrão típico de perda celular, caracterizado por perda neuronal seletiva nas áreas CA1, CA3 e
hilus acompanhada de gliose em graus variados. Já a região de CA2 tem se mostrado mais
resistente a esse tipo de insulto (1,3).
Recentemente, as diferentes modalidades de neuroimagem identificam in vivo, a atrofia
hipocampal (AH) e outros sinais indicativos de esclerose mesial temporal como o mais
proeminente achado em pacientes com ELTM de difícil controle clínico (4-5).
Um dos fatores de risco para o desenvolvimento da esclerose mesial temporal é a
ocorrência de crises febris prolongadas na infância (6-7), no entanto, nosso grupo descreveu um
tipo de ELTM com evidente recorrência familiar em padrão autossômico dominante, associada à
AH, mas com baixa freqüência de crises febris (8). A AH determinada por volumetria, associada à
alteração da estrutura interna e hipersinal em T2 foi identificada em 70% dos pacientes com ELTM
familial (9) e em 34% dos familiares assintomáticos submetidos à investigação por ressonância
magnética (10). A evidência de AH em indivíduos com crise única bem como em indivíduos
assintomáticos suporta a idéia de que há uma forte predisposição genética para o desenvolvimento
da AH presente nessas famílias, o que de fato foi recentemente confirmado, pois identificamos um
locus no cromossomo 18p para a ELTM familial associada a AH (11). A busca pelo gene
responsável pela ELTM familial prossegue com a triagem de mutações em genes localizados dentro
do locus candidato e que possam ter um papel na fisiopatologia da AH associada com ELTM
familial.
É interessante observar que na ELTM familial apesar da maior parte dos indivíduos
afetados apresentarem bom controle de crises, alguns pacientes apresentam quadro clínico,
eletroencefalográfico e de neuroimagem indistintos daqueles pacientes com a forma clássica de
ELTM refratária dita “esporádica” ou não familial. Da mesma forma, a resposta ao tratamento
cirúrgico tem sido semelhante entre pacientes com ELTM refratária familial e esporádica (12).
Espécimes cirúrgicos de pacientes com ELTM de difícil controle clínico oferecem uma oportunidade
única para responder questões relacionadas com a fisiopatologia da AH no contexto da ELTM,
incluindo relevantes fatores genéticos associados à refratariedade medicamentosa.
Uma das aplicações de pesquisa de grande interesse no momento é o monitoramento dos
perfis de expressão gênica usando-se microarranjos de DNA em larga escala, o qual tem sido
aplicado com sucesso para avaliar diferentes processos celulares e teciduais em modelos animais e
humanos, incluindo o sistema nervoso central (13-14). Este tipo de tecnologia permite uma visão
global dos eventos celulares em contrapartida a outras técnicas que identificam perfis de expressão
gênica para poucos genes. A disponibilidade comercial de lâminas contendo estes microarranjos de
alta-densidade permitiu um ganho na qualidade, sensibilidade e reprodutibilidade dos dados
Endereço para correspondência: Iscia Lopes Cendes - e-mail: [email protected] - Departamento de Genética
Médica, Faculdade de Ciências Médicas – UNICAMP. R. Tessália Vieira de Camargo, 126 - CEP 13084-971,
Campinas-SP
1
197
Neurociências
obtidos permitindo a detecção de pequenas alterações na expressão gênica que se traduzem em
significantes fenótipos celulares e teciduais. Muito embora, a expressão gênica seja uma ferramenta
que possa trazer um grande salto na compreensão dos mecanismos moleculares patológicos que
tornam o cérebro cronicamente epiléptico, ainda são poucos os trabalhos que empregam este tipo
de abordagem em ELT (15-17).
Nosso grupo tem desenvolvido pesquisas que visam entender as bases moleculares e
identificar as causas genéticas da ELTM familiar e esporádica. O emprego da técnica de expressão
gênica em larga escala nos hipocampos obtidos cirurgicamente desses dois grupos de pacientes
trará uma ampla visão dos processos moleculares neste tipo de lesão e poderá elucidar se os
mecanismos de lesões hipocampais nos casos familiares de ELTM são semelhantes àqueles
encontrados nos casos esporádicos.
Neste capítulo serão discutidos os resultados preliminares obtidos com a análise de
expressão gênica de larga escala em espécimes hipocampais de pacientes com ELTM familial e a
importância dos mesmos para a coleta de informações sobre ausência/presença de genes na região
candidata para este tipo de epilepsia e, que possam indicar os mecanismos moleculares ligados
especificamente com a ELTM familial associada com AH.
2. Metodologia
A técnica de chip de DNA é baseada no princípio da hibridização complementar entre
fitas de ácidos nucléicos onde as sondas são desenhadas para parear-se com a seqüência dos genes
de interesse.
Foram utilizados os chips Human Genome U133 Plus 2.0 (Affymetrix), que contém mais
de 47.000 transcritos gênicos de modo a cobrir o genoma humano. Para este estudo foram
extraídos RNA total de alta qualidade pela metodologia de TRIzol (Invitrogen–Life Technologies)
de um hipocampo controle (autópsia) e três hipocampos familiais (pacientes fármaco-resistentes).
Cabe ressaltar que a qualidade do RNA extraído deve ser a melhor possível para garantir o sucesso
das reações que serão hibridizadas no chip, por esse motivo, a qualidade do RNA deve ser
assegurada por meio de gel de agarose e a concentração do mesmo medida por
espectrofotômetro. Para a purificação do RNA foi empregado o RNeasy Clean up kit (Qiagen)
segundo recomendações do fabricante. A quantidade de RNA usada na reação inicial foi de 5 μg
de amostra para o protocolo do kit One-Cycle Target Labeling (Affymetrix). Os dados foram
adquiridos pelo GeneChip Scanner 3000 (Affymetrix) e inicialmente analisados pelo MAS5.0 para
mesurar a ausência/presença de genes. Esta ferramenta usa um algoritmo estatístico para calcular o
sinal de intensidade de cada array, avaliar a significância dos dados e medir a abundância dos
transcritos. Este software indica se um transcrito está presente (P) ou ausente (A) ou ainda se está
no limite da detecção (M, marginal) e gera um p-valor de detecção indicando significância ou não.
Para analisar os dados de expressão, especificamente no cromossomo 18p (região
candidata para a ELTMF), foi empregada uma ferramenta desenvolvida pelo nosso grupo e
Affymetrix
Annotation
Search
http://lgm.fcm.unicamp.br:9001/cgidenominada:
bin/affy/affy_annotation.cgi). Este recurso, permite o acesso rápido à informação do conteúdo do
chip, incluindo anotações das sequências e genes. Além disso, permite uma ligação com outros
bancos de dados como NetAffx, UniGene, Ensembl, SwissProt e OMIM, com o propósito de
facilitar a análise dos dados. Um aspecto interessante desta ferramenta é a possibilidade de análise
da expressão diferencial usando-se um filtro de coleta de dados por cromossomo. Este recurso foi
especialmente importante nesta fase da pesquisa no qual nem todos os chips e grupos de estudo
estavam finalizados, pois ele apontou genes diferencialmente expressos nos pacientes familiais em
relação ao controle fornecendo pistas para a seleção de genes candidatos para a ELTM familial.
Desta forma, o gene PTPRM (protein tyrosine phosphatase, receptor type, M ) foi
selecionado para validação em PCR em Tempo Real. Neste protocolo, foram empregados oito
espécimes cirúrgicos de pacientes incluindo casos esporádicos de ELTM (ELTMF n=4; ELTM não
familial n=4) e quatro amostras controle de autópsia. RNA de qualidade foi obtido pelo
protocolo de extração por TRIzol ( Invitrogen–Life Technologies).
As reações de PCR em Tempo Real foram realizadas utilizando-se o sistema TaqManTM
(Applied Biosystems), que é constituído por um par de primers e uma sonda marcada com um
198
Ciência Básica & Experimental
fluoróforo. Os primers utilizados para amplificação do gene PTPRM estão localizados entre os
exons 4-5 da seqüência codificante do gene. A sonda, marcada com o fluoróforo FAM, está
localizada na posição 549 (assay Hs00267809-mi). Para o controle endógeno da reação, usamos o
Human 18S (TaqManTM- Applied Biosystems), o qual serve para normalizar a expressão do gene de
interesse nas diferentes amostras (a sonda 18S está marcada com o fluoróforo VIC). As reações
correram em triplicatas e para análise estatística foi usada ANOVA de uma via com pós-teste de
Tukey. Todos os protocolos deste estudo foram aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa da
FCM-UNICAMP.
3. Resultados
3.1. Análise de expressão gênica de larga escala
A comparação entre hipocampo controle e hipocampo de pacientes com ELTMF
identificou 2.300 genes diferencialmente expressos e que estão relacionados a muitas classes
celulares, como fatores de transcrição, enzimas, sinalização e função estrutural. Interessantemente,
entre eles foram identificados cinco genes que estavam presentes nos espécimes cirúrgicos da
ELTMF, mas não no hipocampo controle e que estão na região candidata 18p 11.3-11.2: ADCYAP1,
TYMS, DLGAP1, PTPRM and YES1. Vale ressaltar que estão representados somente os genes em
condição comum nos três pacientes com ELTMF. As Tabelas 01 e 02 mostram os genes presentes
ou ausentes para a região candidata do 18p 11.3-11.2 no grupo dos pacientes familiais e que
podem ter alguma função na determinação deste tipo de epilepsia. Vale ressaltar que estão
representados somente os genes em condição comum nos três pacientes.
Tabela 01: Destaca os genes presentes nos pacientes e ausentes no controle para o locus 18p11.3-11.2 e
que podem ter algum papel na ELTM familial.
Simbolo
Nomenclatura
Função
PTPRM
protein tyrosine
phosphatase, receptor
type, M
A proteína codificada por este gene regula vários processos celulares,
incluindo crescimento e diferenciação celular, além do envolvimento na
resposta a adesão celular. Estão expressos em altos níveis no hipocampo e
giro denteado (18).
DLGAP1
discs, large
(Drosophila)
homolog-associated
protein 1
Este gene codifica proteína que estão associadas com receptores do tipo
NMDA e são altamente concentradas nas junções sinápticas (19).
laminin, alpha 1
Gene envolvido nos processos de regulação das células de adesão e
migração e, regulação no desenvolvimento embrionário. Este gene tem
sua expressão aumentada nos casos da Doença de Alzheimer, sugerindo
ter um papel na fisiopatologia nesta doença (20)
LAMA1
ZNF519
zinc finger protein 519
Membros desta famíia de fatores de transcrição desempenham uma
importante função em vários processos durante o desenvolvimento,
como desenvolvimento de tecidos neurais(21)
YES1
V-yes-1 Yamaguchi
sarcoma viral
oncogene homolog 1
O produto deste gene está associado com atividade de proteína tirosina
quinase (22)
TYMS
thymidylate
synthetase
Importantes no processo de replicação e reparação de DNA (23)
199
Neurociências
Tabela 02: Evidencia os genes ausentes nos pacientes e presente no controle para o locus 18p11.3-11.2 e
que podem ter algum papel na ELTM familial.
Simbolo
Nomenclatura
Função
SMCHD1
Structural
maintenance
of
chromosomes flexible hinge
domain containing 1
O produto deste gene está envolvido em processos que resultam
na organização e biogênese do cromossomo (24)
RAB31
RAB31, member RAS oncogene
family
As proteínas destas famílias de genes são essenciais na biogênese e
manutenção da mielina, visto que desempenham importante
papel na regulação do transporte vesicular intracelular (25)
O gene PTPRM é um forte candidato para a ELTM familial não somente por localizar-se
dentro do locus identificado para esta síndrome (11), mas também por ser expresso em altos níveis
no giro denteado e nas regiões CA1, CA2 e CA3 do hipocampo (18). Visto ser este um gene de
interesse e pelo fato do mesmo ter apresentado um padrão diferencial nos chips dos pacientes em
relação ao controle, ele foi selecionado para uma validação de expressão gênica através da PCR
em Tempo Real.
PCR em Tempo Real: Os valores da expressão gênica relativa obtidos pela análise dos
resultados no programa 7500 System SDS Software estão representados na Figura 03. A média
relativa da expressão gênica e o erro padrão para cada grupo foi de: a) controle: 1,74 ± 0,12; b)
ELTMF, 1,82 ± 0,27 e c) ELTM não familial, 4,46 ± 0,39 (Figura 04). A comparação entre os
grupos mostrou que a expressão do gene PTPRM está aumentada apenas nos casos de ELTM
esporádicos (p<0,001). Nenhuma diferença foi observada entre os grupos controle e familial
(P>0,05).
Figura 03: Gráfico com os valores individuais da expressão gênica relativa obtidos através da análise dos
resultados no programa 7500 System SDS Software para o gene PTPRM em hipocampo humano ressecado
cirurgicamente de indivíduos com ELTM esporádica, familial e controle.
200
Ciência Básica & Experimental
Figura 04: Gráfico representando a média ± erro padrão para cada grupo: ELTM
Esporádica, 4,46 ± 0,39; ELTM Familial, 1,82 ± 0,27 e Controle, 1,74 ± 0,12.
Comparação entre os grupos mostrou que o gene PTPRM é diferencialmente
expresso na ELTM esporádica (p<0.001).
4. Discussão
Embora preliminares os resultados obtidos com os chips de DNA revelaram informações
funcionais importantes que colaboram com o esforço para se conhecer os mecanismos moleculares
responsáveis pela ELTM familial associada à AH. No entanto, somente teremos um amplo
panorama das vias celulares alteradas e um maior conhecimento sobre a ELTM familial e
esporádica, suas diferenças e semelhanças com a conclusão do processamento dos resultados
obtidos a partir de todos os chips (controles, ELTM familiais e esporádicos).
Os dados obtidos com este tipo de tecnologia são complexos e por esta razão, o uso das
ferramentas de bioinformática são fundamentais para acessar e organizar as informações, bem
como para visualizar as vias de atuação dos diferentes genes, a fim de se compreender o
significado biológico dos genes diferencialmente expressos. Após esta etapa, é necessário que
dentre a grande lista de genes com expressão diferencial sejam selecionados genes candidatos para
uma validação através de um método independente. Uma das técnicas comumente usada é a PCR
em Tempo Real que é um método rápido, de alta sensibilidade e especificidade, com a vantagem
de requerer pouca quantidade de material biológico.
A seleção do gene PTPRM para uma validação pela técnica de PCR em Tempo Real foi
pautada por ser este um gene localizado dentro do locus candidato para a ELTM familial
(cromossomo 18p), por estar expresso em altos níveis no hipocampo e giro denteado e, por fim,
estar envolvido na regulação de vários processos celulares, incluindo crescimento e diferenciação
celular, além do seu envolvimento na resposta a adesão celular (18). A análise de expressão gênica
do gene candidato PTPRM mostrou um significante aumento em sua expressão em espécimes
cirúrgicos de pacientes com ELTM esporádica (p<0,001). Este resultado indica que o gene PTPRM
pode ter um importante papel na fisiopatologia da AH associada aos casos não familiais de ELTM.
Mais do que isso, este resultado mostra que embora semelhantes quanto às manifestações clínicas e
de neuroimagem, os mecanismos moleculares que permeiam a EMT na ELTM familial e esporádica
podem ser diferentes. A continuidade deste estudo irá contribuir para um maior entendimento dos
mecanismos fisiopatológicos que levam a manifestação da atividade epiléptica, além dos
esclarecimentos sobre possíveis diferenças e semelhanças entre ELTM familial e não familial.
Este capítulo não poderia ser finalizado sem que seja destacada a importância do trabalho
multidisciplinar e a contribuição de cada parte para o desenvolvimento deste estudo que envolveu
clínica, neuroimagem, neurocirurgia, experimentação e bioinformática. A seleção adequada dos
pacientes realizada pelos clínicos associada ao apoio do grupo da neuroimagem foi fundamental
para a correta seleção do pacientes candidatos para este estudo. Sem a colaboração da equipe de
201
Neurociências
neurocirurgia, não seriam obtidos os espécimes cirúrgicos para a realização dos protocolos
experimentais, protocolos estes, realizados com o apoio dos pesquisadores do laboratório de
ciência básica. Por fim, mas não menos importante, o profissional de bioinformática permite que a
grande quantidade de informações obtida com este tipo de tecnologia seja adequadamente
processada. A visão de cada grupo dentro desta equipe multidisciplinar também será importante
para compor as interpretações funcionais dos dados obtidos, gerando uma melhor compreensão
dos aspectos moleculares que tornam o cérebro cronicamente epiléptico.
SUPORTE: FAPESP e CNPq
202
Ciência Básica & Experimental
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Educação & Interação Social
EDUCAÇÃO & INTERAÇÃO SOCIAL
205
Neurociências
206
Educação & Interação Social
PERCEPÇÃO DE ESTIGMA NA EPILEPSIA
Paula Teixeira Fernandes1; Li Li Min
1. Introdução
Estigma é um conceito que vem sendo estudado por vários pesquisadores há muitos anos.
Sabemos que o conceito de estigma, na literatura, tem sido associado à diferentes condições
médicas, como hanseníase (1), câncer (2) e doenças mentais (3;4), sendo utilizado para definir uma
característica diferente do “normal” (5). Neste sentido, muitas condições crônicas sofrem com o
estigma, pois além dos sintomas da doença, existem as crenças relacionada, com conseqüências
importantes na perpetuação do estigma na sociedade (6).
Em muitas condições neurológicas, como a epilepsia, o preconceito existe e, em muitos
casos, considerado mais estressante e prejudicial do que a própria condição em si (7;8). O rótulo
de ser “epiléptico”, muitas vezes associado à “personalidade epiléptica” leva à atenção pública,
que por sua vez, conduz à atitudes de estigma e discriminação (9;10). Neste sentido, estudar o
impacto da epilepsia na vida do paciente e sua família não é apenas enfatizar as crises epilépticas,
mas também as percepções individuais que influenciam cada pessoa de maneira diferente,
incluindo a percepção de estigma.
2. O que é Estigma?
Na maioria das situações, a definição de estigma é parecida com a existente nos
dicionários, sempre relacionada com estereótipos negativos ou rejeição (3). Com o avanço dos
estudos, a palavra estigma começou a ser relacionada com degradação, reforçando assim mais
pesquisas sobre o tema.
Nas doenças mentais, por exemplo, o estigma é originado do medo do desconhecido e
das falsas crenças associadas à não compreensão da situação. Nestes casos, o estigma promove o
isolamento da pessoa em relação às outras, como se fosse uma pessoa “marcada” por antigas
crenças da doença. Por causa desta discriminação, a pessoa que tem ou teve uma doença mental se
esconde atrás de um “disfarce”, como resultado do medo de ser rejeitado ou desvalorizado devido
a uma doença, como se esta fosse um mal (11;12). Além das doenças mentais, a homossexualidade
e o câncer eram vistas também como condições extremamente estigmatizantes (13).
Na antiguidade clássica, os gregos criaram o termo estigma para fazer referência a sinais
corporais ruins. A presença do estigma era característica de uma pessoa marcada, ritualmente
poluída e que deveria ser evitada. Na era Cristã, o estigma foi dividido em dois níveis: um de
natureza sagrada, sendo que o estigma era sinal corporal de graça divina e o outro, uma alusão
médica de um distúrbio físico (14).
Já no ano de 1963, Goffman (14) introduziu um conceito de estigma que, ainda nos dias
de hoje, é o mais usado. Segundo ele, o estigma é definido como referência a um atributo
depreciativo, fraqueza ou desvantagem. Em outras palavras, a pessoa estigmatizada é considerada
como tendo uma característica diferente da aceita pela sociedade e é tratada de maneira diferente
pela comunidade, que mostra conceitos errados e preconceituosos sobre o indivíduo. Para
Goffman (14), existem três tipos de estigma: 1. anormalidades do corpo (deformidades físicas), 2.
culpas de caráter individual (crenças falsas e rígidas, alcoolismo, homossexualidade, desemprego,
vícios), 3. estigmas tribais de raça, nação e religião.
Dando continuidade a este conceito, Becker (15) observou que os grupos sociais criam
normas, cujas infrações constituem desvios e as pessoas que infringem estas normas são rotuladas
como diferentes das demais. De acordo com seu ponto de vista, o estigma não é característica da
atitude da pessoa, mas uma consequência da aplicação de normas pela sociedade.
Endereço para correspondência: Paula T. Fernandes - e-mail: [email protected]; [email protected] - Cx
postal 6126 – CEP 13083-970, Campinas, SP
1
207
Neurociências
Anos mais tarde, Jones e colaboradores (16), a partir da observação do estudo de
Goffman, ressaltaram a relação entre o atributo e o estereótipo. Dessa maneira, o estigma refere-se
a uma característica (atributo) que aproxima a pessoa de características indesejáveis (estereótipo).
Algum tempo depois, reforçando o conceito de Becker, Stafford e Scott (17) definiram o
estigma como sendo uma característica da pessoa contrária à norma social. Crocker e
colaboradores(18) sugeriram que a pessoa estigmatizada possui, ou acredita que possui, um
atributo que é desvalorizado em contextos sociais particulares.
Pouco depois, Reingold (19) ampliou os três tipos de estigma propostos por Goffman
para cinco grupos: 1. comportamentos (abuso de álcool e drogas, homossexualidade, abuso
sexual), 2. anormalidades estruturais (problemas faciais, pigmentação da pele - vitiligo, problemas
corporais - obesidade), 3. anormalidades funcionais (físicas, motoras, mentais, de linguagem, de
audição e outras - epilepsia), 4. doenças contagiosas (AIDS, tuberculose, doenças sexualmente
transmissíveis), 5. outros (câncer).
Diante disso, percebemos que o termo estigma possui uma infinidade de definições. Uma
das razões pode ser explicada pelo seu uso em inúmeras e diferentes condições, sendo que cada
definição diz respeito à características específicas de cada situação ou condição em particular.
Outra razão da variabilidade de conceitos sobre o estigma refere-se ao seu caráter multidisciplinar,
com contribuições de diferentes áreas, como psicologia, sociologia, antropologia, entre outras.
Desta maneira, os estudiosos do tema dão suas definições de acordo com suas orientações teóricas,
o que pode resultar em diferentes visões sobre o mesmo tema (3).
Existem inúmeras implicações para uma pessoa que se sente estigmatizada. Segundo Ryan
et al (20), o estigma está no valor dado por outras pessoas perante uma situação e para muitas
delas, o estigma é um “companheiro diário”(13), influenciando vários aspectos pessoais do
indivíduo, como auto-estima, auto-confiança e qualidade de vida (13;21).
3. Modelos de Estigma
Existem vários modelos para a explicação do estigma: uns enfatizam a maneira de
perceber o estigma; outros dão ênfase às etapas do processo de estigma. Porém, o mais importante
é analisar estes modelos, observando os pontos positivos de cada um deles.
O primeiro deles, desenvolvido por Goffman (14), distingue dois tipos de estigma:
estigma visível e estigma invisível. O visível é percebido ou sentido pelas pessoas que possuem uma
característica aparente e, por isso, a maior preocupação é centrada na maneira de lidar com a
tensão gerada na interação com a sociedade. O estigma invisível só se torna real quando a
característica é revelada, direta ou indiretamente. Dessa forma, surge um outro problema: o
controle da informação de sua própria condição. Por isso, em muitas condições, as pessoas
escondem sua doença por vergonha ou medo de serem julgadas ou estigmatizadas (9;13;22;23),
como na epilepsia por exemplo.
Dois grupos de pesquisadores, Link & Phelan (3) e Jones et al (1984), formularam
modelos alternativos para o estigma. Apesar de possuírem passos diferentes, representam um
mesmo paradigma no processo do estigma.
Jones e colaboradores (16), em seu modelo de estigma, propuseram seis dimensões: 1. o
quanto a característica estigmatizante é visível para a sociedade; 2. duração desta característica; 3.
o quanto interfere nas relações interpessoais do indivíduo; 4. reações subjetivas frente à
característica estigmatizante; 5. a origem da característica (acidente, doença, etc) e 6. o perigo que
esta condição pode causar para outras pessoas.
Para Link & Phelan (3), o estigma envolve cinco processos sociais. No primeiro, as pessoas
distinguem e rotulam diferenças nas pessoas. No segundo processo, as crenças culturais relacionam
as características indesejáveis à estereótipos negativose, com isso, as pessoas começam a perceber
que são “diferentes”. No terceiro processo social, as pessoas rotuladas são distribuídas em
categorias distintas e conseqüentemente, separadas das outras. No quarto, as pessoas rotuladas
vivenciam a perda de status social e, consequentemente, a discriminação. E o quinto processo é a
força do estigma, a produção social do estigma.
Além destes modelos, Ablon (13) propôs cinco dimensões para se entender melhor o
processo do estigma nas condições de saúde: 1. a natureza da condição, que se refere à
208
Educação & Interação Social
compreensão da condição em si, ou seja, qual a história da mesma, quais suas características para o
estigma. 2. as fontes que criam ou perpetuam o estigma, que envolvem atitudes e regras
familiares, escolares e sociais. 3. a natureza da população estigmatizada, que enfoca o tipo de
sociedade em que vivem estas populações, pois pessoas privadas de benefícios e serviços de saúde
tendem a sentir maior estigma. 4. os tipos de tratamento existentes, que envolvem o
entendimento dos que são realmente benéficos para o paciente (na medida em que existem alguns
tratamentos ilegais, que podem aumentar os conflitos para o mesmo). 5. as estratégias de
enfretamento, que estão relacionadas à maneira pela qual as pessoas estigmatizadas lidam com o
estigma e com as dificuldades cotidianas.
Com base nestes modelos já propostos por diferentes pesquisadores da área, elaboramos
um modelo próprio de estigma na epilepsia (24), no qual o estigma inicia-se com uma
característica, que pode ser visível ou invisível. Com isso, aparece a percepção subjetiva que cada
pessoa tem da condição e da característica estigmatizante, que depende de experiências pessoais e
história de vida. A partir desta percepção, as pessoas interagem com o ambiente, percebendo se
esta característica interfere nestas relações sociais. Quando a pessoa se coloca no mundo, fica
sujeita à discriminar ou à discriminação e com isso, começa a reagir a partir de suas experiências
pessoais e história de vida. De maneira simples, podemos perceber neste modelo que o estigma na
epilepsia é um processo que envolve cinco passos distintos, mas interligados. A partir da percepção
da característica diferente, que é dependente das experiências pessoais e de aprendizagem, a
pessoa tem uma maneira específica de perceber o estigma e de lidar com o mesmo (25).
A partir deste modelo, foi feito um estudo sobre a percepção de estigma na epilepsia na
cidade de Campinas, como parte integrante do Projeto Demonstrativo Brasileiro da Campanha
Global “Epilepsia fora das Sombras” (26), executado pela ASPE (Assistência à Saúde de Pacientes
com Epilepsia). Neste estudo (24), realizamos uma pesquisa epidemiológica na cidade de
Campinas, SP (população aproximada: 1 milhão de habitantes). O instrumento utilizado foi a
Escala de Estigma na Epilepsia (EEE) (24;27;28) que contém 24 itens sobre a percepção do estigma
na sociedade. Os resultados deste estudo, envolvendo 1.850 sujeitos mostraram que a magnitude
da percepção do estigma na epilepsia varia de acordo com diferentes segmentos da sociedade,
enfatizando que aspectos sócio-culturais como sexo, religião e nível de escolaridade são
importantes fatores operantes de estigma.
4. Estigma na Epilepsia
Epilepsia é uma condição neurológica crônica, associada com significativas conseqüências
psico-sociais. Tem como fator central uma natureza estigmatizante (29), sendo considerada por
alguns autores (13) uma das doenças com maior nível de estigma.
Interessante notar que o estigma na epilepsia é iniciado já com a origem de seu nome,
pelo fato de ser uma palavra de origem grega que significa ser invadido, dominado ou possuído.
Com isso, a sociedade acaba tendo uma explicação mágica, sobrenatural, associada com possessão
por espíritos divinos ou malignos (30).
Registros da antiguidade mostram que o estigma na epilepsia não é uma questão recente.
Já nos anos 2000 a.C., as pedras babilônicas possuíam descrições de algumas manifestações clínicas
que podem ser caracterizadas como crises epilépticas nos dias de hoje (31). E desde aquela época,
o preconceito existe: naquele tempo, os escravos podiam ser devolvidos e o contrato poderia ser
rescindido se a pessoa apresentasse crises no prazo de um mês depois de sua contratação (32). Até
1970, em alguns países do mundo, como Reino Unido, as pessoas com epilepsia eram proibidas de
se casarem (21).
Na Bíblia, também aparecem passagens que falam da epilepsia. Em São Marcos, capítulo
IX, versículos 13 a 28, aparece uma parábola onde Jesus expulsa o demônio do corpo de um
menino, que apresentava convulsões, com prece e orações (33).
Além disso, a epilepsia também foi retratada em pinturas. Apesar de haver contestações,
em uma obra do Vaticano, há uma obra, chamada “Transfiguração de Rafael”, que retrata um
menino em uma postura que representa uma crise epiléptica (30).
Historicamente, a pessoa com epilepsia tem sido considerada como diferente e esta
diferença envolve a aplicação de normas e regras contra as pessoas rotuladas “epilépticas” (34). O
209
Neurociências
diagnóstico inicial da epilepsia traz dúvidas sobre as crises, os efeitos das drogas anti-epilépticas e o
medo da reação dos outros. Além disso, as pessoas possuem suas próprias crenças sobre a
condição, o que pode contribuir para as atitudes de estigma e discriminação (35).
Neste sentido, o estigma na epilepsia tem sido considerado um dos mais significativos
fatores que influenciam negativamente a vida diária do paciente e seus familiares (34;36;37),
influenciando influenciar as relações sociais, as oportunidades escolares e de emprego e os aspectos
emocionais (35;38;39).
Além disso, alguns autores (14) falam que a epilepsia é considerada estigmatizante pelo
fato das pessoas não se adequarem às normas sociais devido às crises imprevisíveis, muitas vezes de
natureza dramática. Isso faz com que a sociedade tenha medo de lidar com uma pessoa tendo uma
crise epiléptica.
Complementando estes dados, Ablon (13) fala que os sintomas da epilepsia afetam os
valores da sociedade, à medida em que estes prezam o controle e a previsibilidade das situações, o
que não ocorre na epilepsia. Diiorio et al (5) acrescentam que a epilepsia é uma condição
propensa ao estigma por causa do não controle das crises, o que gera medo e inquietação.
Em 1972, Bagley (40) dizia que a persistência das teorias que consideram a epilepsia
como maléfica e estigmatizante são baseadas no “terror anônimo”, no qual as pessoas com crise
fazem exatamente o que outras temem fazer: perder o controle e retroceder a um estado mais
primitivo de existência.
Devido ao caráter inesperado das crises, a epilepsia sempre possuiu um caráter místico,
dependente de interferências sobrenaturais, sendo conhecida como o “mal sagrado”. Por causa de
sua incerteza clínica e do seu significado social, o impacto da epilepsia da vida das pessoas é muito
significativo (41).
É interessante notar que mudanças na percepção das pessoas acontecem desde o
diagnóstico da epilepsia. A partir do diagnóstico, começam a aparecer dúvidas e questionamentos
que, quando não respondidos, elevam a ansiedade e o stress, tendo como consequência o medo e
a tensão. Com isso, aparecem: o medo de ser diferente, a preocupação quanto ao futuro, que
podem vir acompanhados da dificuldade para se inserir na comunidade, para conseguir um
emprego ou formar uma família, causando prejuízos no bem-estar e na autonomia da pessoa com
epilepsia (9;42).
De acordo com Hermann & Whitman (43), existem três grupos de variáveis que
influenciam este impacto da epilepsia na vida da pessoa: 1. variáveis da epilepsia (idade de início,
grau de controle das crises, duração e tipo da crise, etiologia); 2. variáveis medicamentosas (tipo e
dosagem da medicação anti-epiléptica); 3. variáveis psico-sociais (medo das crises, estigma
percebido e senso de discriminação, grau de ajustamento ao diagnóstico, suporte social). Apesar da
dificuldade para separar estes três grupos, o simples fato de ter uma noção dos mesmos auxilia no
entendimento do impacto geral desta condição na vida diária da pessoa com epilepsia (44).
Dessa maneira, podemos dizer que existe uma percepção negativa da epilepsia (21;45).
Com isso, a epilepsia passa a significar perdas em diferentes contextos: físico, de saúde, de
emprego, de relações sociais e familiares. Auto-estima e auto-confiança também são prejudicas,
contribuindo para uma diminuição da qualidade de vida. Como resultado, a não aceitação ou a
rejeição do diagnóstico de epilepsia passa a ser a maneira mais simples e rápida encontrada pelos
pacientes neste primeiro momento. O medo e a vergonha passam a ser comuns na convivência
diária com a epilepsia. Por causa da percepção do preconceito, os pacientes com epilepsia, na
tentativa de se sentirem “normais”, escondem seu diagnóstico e sua condição. Por sentirem sua
identidade ameaçada, encontram formas de controlar a informação sobre sua condição: ou
escondem o que tem ou usam termos mais suaves para a descreverem. O segredo passa a ser peça
fundamental na adaptação destas pessoas, e o esforço que fazem para manter esta informação em
segredo é proporcional à intensidade do estigma percebido (23).
Além disso, para uma pessoa sentir-se estigmatizada é necessário que ela acredite nas
idéias inadequadas da comunidade. Muitas pessoas não se sentem capazes para lidar com esta
situação, podendo apresentar alterações comportamentais (vergonha, insegurança, isolamento) e
dificuldades de ajustamento psico-social (9;21;34;35;46). A partir daí, desenvolvem características
negativas, que acreditam ser reais e que, segundo Scambler & Hopkins (9), reduzem as
possibilidades de sucesso. Tudo isso influencia negativamente sua qualidade de vida e reforça o
210
Educação & Interação Social
estigma existente, gerando possibilidades maiores de ansiedade e depressão e baixos níveis de
auto-estima e auto-confiança (44;47-49).
Outro aspecto que merece destaque é a falta de conhecimento sobre a epilepsia. ainda
nos dias de hoje, é comum ouvirmos idéias inadequadas sobre a condição. Alguns pacientes ainda
acreditam que as crises representam um tipo de maldição espiritual ou demoníaca. Outros parecem
ter sensações diferentes durante as crises que ocultam para seus médicos e outros profissionais
envolvidos, por causa do receio de serem considerados “loucos” (50;51). Outros ainda acham que
a epilepsia é uma doença contagiosa ou que a epilepsia causa retardo mental. Com isso, aparecem
as atitudes negativas perante a epilepsia, que apesar de serem consideradas um fenômeno comum
no mundo todo, ainda causam discriminação social contra as pessoas com epilepsia (13;13;52).
Devido à estes fatores, os pacientes tendem a enfrentar problemas psico-sociais, como
medo, vergonha, isolamento social, dificuldades nos relacionamentos sociais, restrição de
atividades, entre outros. Por esta razão, além de exigir uma adaptação a um novo estilo de vida, a
epilepsia também exige uma redefinição de identidade das pessoas. Porém, em cada fase da vida, a
epilepsia influencia aspectos específicos.
Quando a epilepsia tem seu início na infância, o estigma é desencadeado já na primeira
crise, pelo medo do desconhecido. Com o diagnóstico da epilepsia, na maioria das vezes, os pais
apresentam sentimentos de ansiedade, culpa e tristeza (53). Estes sentimentos fazem com que os
pais se comportem de maneira inapropriada, exibindo superproteção, permissividade excessiva,
rejeição ou baixa expectativa. Na tentativa de cuidarem e protegerem, os pais acabam tratando
suas crianças como doentes, achando que qualquer atividade pode precipitar uma crise (54).
Consequentemente, a partir destas reações dos pais, as crianças aprendem rapidamente que existe
alguma coisa errada e passam a apresentar comportamentos de dependência, insegurança, irritação
e imaturidade. Dessa maneira, o estigma é perpetuado na família, fazendo com que tenha menor
qualidade de vida e mais restrições de atividades e de comunicação (55). E o mas importante: a
maneira pela qual os pais reagem à epilepsia forma a base de como as crianças vão interpretar a
epilepsia e se relacionar com outras pessoas, influenciando a dinâmica familiar e o ajustamento
psico-social (56).
Ainda na infância, a escola pode ser considerada também um outro tipo de dificuldade
para a criança, pois o início da vida escolar significa um evento significativo, representado o
primeiro contato com as interações sociais, normas e valores. Entretanto, se a criança é tratada
como diferente e se sente como tal, podem aparecer os primeiros problemas nas relações
interpessoais ou até no desempenho acadêmico (13), mais pelos comportamentos dos pais e dos
professores do que pelo seu próprio comportamento isolado.
Já na adolescência, por ser uma fase de mudanças e questionamentos, as principais
dificuldades parecem estar relacionadas ao prognóstico da epilepsia, ao que vai acontecer depois.
Isso pelo desejo de independência e de autonomia dos jovens. A epilepsia começa então a mostrar
seus efeitos nos estudos, nos relacionamentos sociais, na possibilidade de dirigir e de tomar bebidas
alcoólicas, na sexualidade, nas restrições de lazer, entre outros (57). Além disso, existe o receio da
crise ocorrer em público por medo da consequente exclusão social. Dessa maneira, a autonomia se
contrapõe à imprevisibilidade das crises, o desejo de agrupamento, ao preconceito existente em
nossa sociedade. Com todas estas incertezas, o adolescente tem sua auto-estima e auto-confiança
abaladas, pois começa a se achar diferente de outras pessoas, limitando assim suas oportunidades
de crescimento pessoal e profissional.
Quando a epilepsia começa em adultos, outras áreas são influenciadas. Isso porque
espera-se que os adultos estejam mais estabilizados em suas profissões e estilos de vida e, por isso,
a epilepsia desencadeia implicações negativas nas relações sociais e no emprego, gerando conflitos
familiares, sociais e econômicos (39). Altas taxas de desemprego ou subemprego parecem
contingentes às situações de discriminação. Baixos índices de casamento podem ser explicados pelo
limitado contato social, associado ao medo da rejeição. A baixa auto-estima e a pobre qualidade
de vida dos adultos com epilepsia parece ser resultado da percepção do estigma e das dificuldades
no trabalho e nos relacionamentos (58). Além disso, quando as pessoas com epilepsia já estão no
papel de pais, muitas vezes se sentem envergonhados e incapacitados em lidar com as crianças, por
apresentarem crises diante delas.
211
Neurociências
Diante do exposto, podemos dizer que o estigma na epilepsia acontece de acordo com a
situação no qual está inserido. Na área familiar, estão operando fatores relacionados à maneira
como cuidar da pessoa com epilepsia; na área médica, o tratamento é o diferencial, sendo que não
é esperado que exista falta de conhecimento; na área social, o medo da crise em público chama
atenção, especialmente devido ao desconhecimento existente.
Um outro importante aspecto merece destaque com relação ao estigma na epilepsia. Um
estudo realizado em Campinas (59) mostrou que existe uma diferença na percepção do estigma
quando utilizamos diferentes tipos de linguagem, no caso “pessoas com epilepsia” e “epilépticos”.
As respostas mostram que a comunidade possui uma percepção mais positiva com relação à
epilepsia quando se fala em pessoas e não em rótulos diretos. Com isso, podemos afirmar que a
maneira como nos referimos aos pacientes com epilepsia pode influenciar nossos comportamentos
perante às mesmas. O uso de rótulos sociais esconde a verdadeira identidade da pessoa e contribui
ainda mais para as dificuldades sociais e emocionais das pessoas com epilepsia. Estudos realizados
em diferentes locais do mundo mostram a importância de fatores sociais no entendimento do
estigma, em especial os relacionamentos familiares e sociais, os aspectos emocionais, o trabalho e
os planos para o futuro (21;41;60).
5. Estigma e qualidade de vida na epilepsia
A epilepsia possui muitas facetas que diferem de pessoa para pessoa e que acabam na
maioria das vezes comprometendo a qualidade de vida dos pacientes com epilepsia e suas famílias
(55;61-63).
Antigamente, não era comum os profissionais da área da saúde preocuparem-se com os
aspectos subjetivos, aspectos da qualidade de vida de seus pacientes. Seu foco estava nos sintomas.
Com o passar dos anos e a evolução do conhecimento médico e social, passou a ser considerado
também o impacto da doença em todos os aspectos da vida do paciente, ou seja, a qualidade de
vida passou a ser um dos fatores influenciados pela doença (58;64).
Para se chegar a uma definição mais satisfatória de qualidade de vida, algumas idéias
foram sugeridas para a uniformização e melhor definição do conceito, como estado subjetivo de
saúde e de estado funcional (65). Depois de vários estudos, a Qualidade de Vida (QV) foi definida
pela Organização Mundial de Saúde como “a percepção do indivíduo de sua posição na vida, no
contexto da cultura e sistema de valores nos quais ele vive e em relação aos seus objetivos,
expectativas, padrões e preocupações” (66). Para contribuir para uma melhor definição de
qualidade de vida, Hornquist (67) ressaltou a satisfação das necessidades humanas como um dos
principais fundamentos para a qualidade de vida, sendo que a mesma poderia ser definida em
termos de grau de satisfação das necessidades física, psicológica, social, marital e estrutural. Calman
(68) acrescentou que a diferença entre as experiências reais e as expectativas da pessoa define a
qualidade de vida e Cramer (69) enfatizou o equilíbrio entre o bem-estar percebido e o desejado.
Na área da saúde, especialmente da epilepsia, a qualidade de vida refere-se à percepção
individual do bem-estar físico, psicológico e social do indivíduo. É um conceito composto de três
dimensões: física, mental e social. A dimensão física diz respeito ao estado de saúde geral,
considerando a frequência e intensidade das crises, os efeitos colaterais dos medicamentos e as
tarefas de vida diária. A dimensão referente aos aspectos mentais é caracterizada pela percepção
do estigma e do preconceito, condição emocional, auto-estima, transtornos associados (depressão,
ansiedade) e cognição. Os aspectos sociais da qualidade de vida referem-se às atividades sociais no
âmbito da família, do trabalho e dos amigos (70).
É interessante notar que este tema é recorrente quando falamos em epilepsia (7;21).
Estudos têm mostrado que a epilepsia influencia a qualidade de vida dos pacientes, pois estas
pessoas possuem menores chances de casar e ter filhos (71) e de conseguir ou manter um emprego
(39).
Com relação à qualidade de vida, Schneider & Conrad (23) e Scambler & Hopkins (72)
identificaram o impacto da epilepsia nas atividades de trabalho e escola, casamento e vida familiar.
Anos mais tarde, Jacoby (73) identificou que pacientes que se sentem estigmatizados possuem
maior preocupação sobre sua condição e seu futuro e baixos níveis de auto-estima e autonomia,
influenciando assim sua qualidade de vida. Anos depois, estudos mostraram outras variáveis
212
Educação & Interação Social
psicológicas, como solidão, ajustamento psico-social, estratégias de enfrentamento e percepção de
estigma (7).
Ainda no que se refere à variáveis que influenciam a qualidade de vida dos pacientes e
suas famílias, podem podemos citar: percepção do estigma e da discriminação, ajustamento à
epilepsia, estado ocupacional, medo das crises, preocupação financeira, mudanças de vida, apoio
social e lócus de controle (74). Além disso, vários estudos têm enfatizado a relação entre estigma e
qualidade de vida. Desde a década de 70 observa-se que o estigma tem uma relação positiva com
tristeza, depressão, ansiedade e sintomas somáticos e uma relação negativa com auto-estima e
qualidade de vida. Estudos (28;35) mostraram também que quanto maior a percepção de estigma,
menor a qualidade de vida e vice-versa.
Jacoby (21) ressaltou a interferência da epilepsia na qualidade de vida das pessoas, uma
vez que a família toda sente o estigma, pois as dificuldades são espalhadas, comprometendo a
qualidade de vida não apenas do paciente, mas da família como um todo. Além disso, ela salienta
a relação entre estigma e qualidade de vida, no sentido de que crenças e desinformação
contribuem para a lacuna de tratamento e conseqüentemente, para a diminuição da qualidade de
vida e para o aumento do estigma associado.
Todos estes dados fornecem uma evidência da maneira pela qual o estigma influencia a
vida das pessoas com epilepsia e sugere possíveis correlações entre estigma e qualidade de vida.
Dessa maneira, é fundamental considerar estes dois aspectos na vida do paciente com epilepsia e
sua família, levando-se em consideração não apenas seus sintomas físicos, mas também os aspectos
psicológicos, incluindo o impacto da condição na vida do paciente e da sociedade.
6. Fatores desencadeantes e operantes do estigma na epilepsia
Por ser um conceito multifatorial, os fatores desencadeantes ou etiológicos do estigma
também são dependentes de múltiplos fatores. A falta de informação aliada à imprevisibilidade das
crises e sua incontrolabilidade, a incerteza quanto ao prognóstico e o impacto social são
importantes aspectos na determinação o estigma na epilepsia (34;75). Além disso, características
pessoais também podem afetar, direta ou indiretamente, as respostas nas situações de
discriminação (23). Baker (76) e Morrel (35) sugerem que o estigma tem forte relação com o
aprendizado social e com o diagnóstico de epilepsia, além da frequência e severidade das crises.
Outros fatores importantes que conduzem ao estigma na epilepsia: desconhecimento sobre a
condição, pressão da mídia, reação dos familiares (atitudes negativas) frente ao diagnóstico,
generalização das experiências de medo em outras situações (21).
A falta de informação (13;21;34) está presente em grande parte das pessoas,
especialmente no que se refere à definição de epilepsia, suas causas, os tipos de tratamento
existentes e os procedimentos durante a crise. Por esta razão pode ser considerada como um dos
fatores operantes na perpetuação do estigma na sociedade, como também observado por outros
autores, em seus respectivos países (21).
Esta desinformação da população, ainda presente nos dias atuais é reforçada por idéias e
crenças inadequadas, provenientes do senso-comum, sem base científica. É comum ouvirmos
equívocos sobre a epilepsia, fazendo com que algumas pessoas sintam-se mais prejudicadas com a
consequência destas crenças do que com a própria condição em si (7). Estas lacunas no
conhecimento podem ser decorrentes de crenças relativas à epilepsia. Isso pode gerar
comportamentos inapropriados, como vimos neste estudo, trazendo dificuldade nas relações
sociais e aumentando os sentimentos de insegurança e preocupação, que podem conduzir ao
estigma (55). Geralmente, existe um alto nível de ansiedade alimentado por crenças irracionais e
pelo fato da epilepsia vir associada a problemas de comportamento ou personalidade (54).
As principais crenças na epilepsia referem-se a comportamentos durante a crise e
consequências da epilepsia. O medo do paciente engolir a língua pode fazer com que muitas
pessoas introduzam objetos (caneta, dedos, pano) para evitar que a língua se enrole (77). Outra
idéia comum é o receio da epilepsia vir acompanhada de doença ou retardo mental (77). Estas
idéias populares são errôneas, pouco empíricas e dificultam a obtenção das metas da pessoa; por
isso, são chamadas de crenças irracionais. Crenças deste tipo, além de estarem baseadas na
213
Neurociências
desinformação, podem interferir na qualidade de vida das pessoas, aumentado o estigma existente
e dificultando seu ajustamento psico-social (56).
Mas, é importante ressaltar que este aspecto não é o único fator operante de estigma,
pois além da falta de conhecimento, existem comportamentos de discriminação (trabalho, escola,
relacionamentos sociais, atividades de lazer) e sentimentos negativos (tristeza, fragilidade,
inferioridade), que podem também estar relacionados à origem e/ou à perpetuação do estigma na
sociedade.
Um aspecto que deve ser considerado é a relação do estigma com o trabalho, pois
segundo vários autores, o desemprego e o subemprego são identificados como sérios problemas na
epilepsia (39). O trabalho é considerado como um dos principais problemas que os pacientes com
epilepsia enfrentam no seu dia-a-dia(24;39). Muitas pessoas são afastadas de seus cargos ou
redirecionadas para outras áreas por causa da epilepsia. Os que permanecem no trabalho vivem
com a ansiedade e o medo de perderem o emprego (39). Isso acontece por motivos que variam
desde a preocupação com a pessoa em crise e com os efeitos colaterais das medicações antiepilépticas, até o alto nível de preconceito existente em nossa sociedade. Além disso, muito
pacientes não conseguem emprego por terem tido menores chances de se qualificarem na escola
ou em trabalhos informais. Neste contexto, é importante ressaltar que a formação escolar dos
pacientes com epilepsia parece ser um problema. Desde o início da vida escolar, que representa os
primeiros contatos com interações sociais e com futuras possibilidades de trabalho, a pessoa com
epilepsia enfrenta dificuldades (13). A crença de que crianças com epilepsia vão apresentar algum
comprometimento intelectual ou até mesmo retardo mental parece colaborar com esta idéia (54).
Outro aspecto que merece destaque refere-se aos relacionamentos interpessoais. Estudos
(13;21;75) demonstram que as pessoas com epilepsia têm maior dificuldade de estabelecer contatos
sociais e de formar uma família, o que é acentuado quando o estigma aparece. Em um trabalho
realizado em 2005 (24), a grande maioria das pessoas com epilepsia, independente de outros
fatores, como região onde vive, sexo, religião, classe social, diz que uma das principais dificuldades
enfrentadas pelos pacientes está relacionada à convivência social, amizades ou namoro.
As atividades de lazer também são percebidas como problemas para as pessoas com
epilepsia. Muitas vezes, os pacientes deixam de frequentar lugares sociais pelo receio de terem uma
crise. Com isso, temos o chamado “estigma de cortesia”(14), através do qual as pessoas que
convivem com os pacientes sofrem, muitas vezes, as mesmas privações dos mesmos. Neste sentido,
percebemos o impacto sócio-econômico da epilepsia. Os responsáveis deixam de trabalhar para
tomar conta dos pacientes devido às crises ou às visitas regulares ao médico, interferindo assim na
sua rotina diária de trabalho e, consequentemente, na sua renda familiar.
Familiares também evitam participar das atividades sociais por vergonha ou por
superproteção. A vergonha ocorre pelo medo da reação de estigma dos outros e a superproteção,
pelo cuidado excessivo à estes pacientes. Como as crises são inesperadas e ocorrem em frequência
imprevisível, a família geralmente utiliza comportamentos inapropriados, como a superproteção, a
permissividade excessiva, para compensar a falta de controle que sente sobre as mesmas.
Infelizmente, estas atitudes contribuem para problemas de ajustamento e de estresse familiar,
contribuindo desfavoravelmente para o desenvolvimento adequado de toda a família (55).
Além destes fatores, é importante ressaltar as atitudes diante da epilepsia. Um estudo
realizado na cidade de Campinas com jovens do ensino médio (78) mostrou que a exposição à
informações corretas junto com atitudes corretas é capaz de diminuir o estigma de adolescentes em
relação às pessoas com epilepsia. Da mesma maneira, atitudes errôneas frente às crises epilépticas
podem ser uma das formas de propagação e perpetuação do estigma na sociedade (78).
7. Bases neurobiológicas do estigma
De acordo com os dados apresentados, podemos dizer que o estigma na epilepsia possui
como principais fatores operantes as variáveis psico-sociais. Porém, é difícil distinguir os fatores
psico-sociais dos neurobiológicos, uma vez que quando comparamos respostas de estigma na
sociedade, percebemos uma ampla variedade de respostas que envolvem diferentes processos
cognitivos de percepção e julgamento de uma característica considerada “anormal” pela sociedade.
214
Educação & Interação Social
Neste contexto, agora vamos falar sobre as diferenças neurobiológicas e das redes neurais como
um dos mais novos modelos para se explicar as diferentes percepções de estigma na epilepsia.
Freqüentemente, as pessoas julgam características e comportamentos dos outros. Este
julgamento pode ser feito por crenças morais e por processos cognitivos e de aprendizagem
(79;80). Além disso, o funcionamento de redes neurais é envolvido em processos de percepção,
como é o caso da percepção do estigma(81). Pesquisas recentes (81;82) enfatizaram o papel dos
processos cognitivos, emocionais e intuitivos nas decisões humanas e na socialização. Com isso,
podemos adicionar o contexto cultural, o processo e aprendizagem e o conhecimento social no
processo do estigma.
Estudos com neuroimagem (80;82) e evidências clínicas (83) enfatizaram as redes neurais
envolvidas em alguns processos cognitivos, como o julgamento moral e o comportamento
humano em geral. De maneira geral, os aspectos morais são resultados da integração entre o
conhecimento social (córtex pré-frontal), conhecimento semântico (córtex temporal posterior) e
estados motivacionais (sistema límbico). Nas habilidades sociais estão envolvidos: córtex órbitofrontal e amígdala (79). Um outro estudo(84) mostrou que o córtex pré-frontal e o sulco temporal
são áreas responsáveis pela emoção e cognição social. Estes estudos mostram que existe uma
associação entre regiões específicas do cérebro e funções específicas (85), sendo esse achado válido
também para funções cognitivas complexas como o controle cognitivo das emoções (86).
Estudos realizados na última década mostram que a ressonância magnética funcional
(RMf) tem sido largamente utilizada na avaliação de funcionamento cerebral. Dentro das
diferentes possibilidades técnicas, a mais utilizada é o contraste BOLD (Blood Oxygenation Level
Dependent) (87), no qual, a atividade funcional do cérebro identificada é determinada pela
subtração dos dois conjuntos de imagens (em atividade e em repouso) decorrente da diferença na
concentração de desoxi-hemoglobina, resultante do metabolismo e fluxo sanguíneo ao córtex
ativado (88). Embora os mecanismos de acoplamento neurovascular e metabolismo sejam ainda
objetos de pesquisa, aceita-se que o efeito BOLD tenha uma relação direta com a atividade
neuronal (87;89). Neste contexto, a RMf pode fornecer bases para estes processos cognitivos e
emocionais. A integração de avaliação de aspectos psico-social e neuroimagem permite explorar as
bases neurais envolvidas na percepção do estigma na epilepsia. Com isso, podemos avaliar o
mecanismo básico responsável pelo preconceito e estigma. Qual é o modelo básico de estigma na
epilepsia? Por que, durante uma crise epiléptica, as pessoas sentem medo, dó ou tristeza? Qual é a
o estímulo que desencadeia o processo do estigma?
Em um estudo piloto (90) utilizando RMf, uma voluntária assistiu a um filme de uma
crise epiléptica tônico-clônica e o resultado mostrou ativação em algumas áreas cerebrais, tais
como: lobo parietal (p<0.001), áreas de Broadmann 9 (frontal inferior; p<0,05), 19 (occipital;
p<0,01), 32 (giro do cíngulo - lobo límbico; p<0,05) e 37 (lobo temporal; p<0,001), além do
giro frontal superior (p<0,05) (figura 1). Estes resultados apontam para algumas regiões descritas
no processamento de cenas de contexto emocional ou no controle cognitivo. Estudos deste tipo,
que integram os aspectos psico-sociais com a interpretação neurobiológica, proporcionam um
entendimento mais amplo de processos emocionais e cognitivos na percepção do estigma na
epilepsia. Porém, ações práticas devem ser direcionadas para que a epilepsia seja vista sob uma
nova perspectiva. As estratégias podem abordar as diferentes fases do processo de estigma, desde a
informação adequada até mudanças comportamentais, para combater seus efeitos negativos.
215
Neurociências
Figura 1: Mapas estatísticos de áreas de ativação durante a visualização de uma crise
generalizada tônico-clônica sobreposta a imagem anatômica ponderada em T1.
Legenda da figura 1: Resultados obtidos: threshold máximo F=3,90 nas seguintes áreas: lobo
parietal (p<0.001), áreas de Broadmann 9 (frontal inferior; p<0,05), 19 (occipital; p<0,01), 32
(giro do cíngulo - lobo límbico; p<0,05) e 37 (lobo temporal; p<0,001), além do giro frontal
superior (p<0,05). Estes achados são bastante animadores e apontam para algumas regiões
descritas no processamento de cenas de contexto emocional (área 19, 32, 37)(91) ou no controle
cognitivo (região frontal)(80;82;92). Após a RMf, foi feita uma entrevista com o sujeito, para que
fosse descrito o que havia sentido durante o exame. Com isso, soubemos que no vídeo da crise
epiléptica, sentiu medo e aumento da freqüência cardíaca. A interpretação destes dados precisa ser
complementada com outras aquisições e análises estatísticas em grupo para dar maior poder de
significância.
8. Conclusão
Sabemos que falar de estigma na epilepsia é complexo e não se resume em apenas um
capítulo. Porém, os dados colocados aqui propiciam uma visão geral do estigma com seus
diferentes aspectos. Pelo fato de ser um conceito multifatorial, o combate ao estigma requer
também uma intervenção ampla, envolvendo as áreas médica, psicológica e social (5). A partir das
mudanças ocorridas na prática médica, com uma visão mais global no atendimento ao paciente,
hoje já são considerados os aspectos psicológicos, sociais, comportamentais e familiares das
doenças, além do aspecto físico. Com isso, conseguimos a retomada do modelo bio-psico-social de
saúde, que existe desde a época de Hipócrates. Este modelo considera, além dos sintomas
biológicos da doença, o impacto exercido pelo estilo de vida e por variações pessoais e sociais
sobre a saúde do indivíduo (64).
A contribuição conjunta dos vários fatores na origem e na perpetuação do estigma na
epilepsia é um passo importante para a mudança da interpretação social da epilepsia. Desta
maneira, a sociedade pode mudar sua maneira de ver e de tratar as pessoas com epilepsia,
conseguindo melhoras nas oportunidades de participação social e, consequentemente, na
diminuição do impacto sócio-econômico da epilepsia. Só desta maneira, conseguiremos diminuir o
estigma, tirando das sombras a pessoa com epilepsia e assim, construindo uma sociedade mais justa
e tolerante, na qual as diferenças possam ser respeitadas.
216
Educação & Interação Social
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Educação & Interação Social
PROCESSO DE CONSTRUÇÃO DE SIGNIFICAÇÕES DE PAIS SOBRE A EPILEPSIA E DE SEU FILHO
COM EPILEPSIA
Jaqueline Cristina Crempe; Vera C. Terra-Bustamante; Américo S. Sakamoto; Katia de Souza
Amorim1
O presente capítulo tem por base a monografia de Iniciação Científica “Pais (re)(des)(co)
construindo significações no processo de avaliação topográfica da epilepsia do filho” (1). Tal
estudo teve por objetivo averiguar, a partir de um estudo de caso e, especificamente, a partir da
perspectiva dos pais, de que maneira se dava o processo em que novas e antigas significações sobre
a epilepsia e sobre o filho com epilepsia eram suscitadas e (re)(des)(co)construídas. Esse processo
foi acompanhado durante o período de internação da criança para avaliação topográfica da
epilepsia e definição da possibilidade (ou não) de realização da cirurgia de epilepsia.
Neste capítulo, buscar-se-á discutir: 1) a importância da informação dada aos familiares
das e às pessoas com epilepsia, importância essa reconhecida e destacada na literatura; 2) a
perspectiva da informação enquanto processo de co-construção, na relação dos profissionais de
saúde com familiares e pessoas com epilepsia; e, 3) algumas considerações elencadas a partir de
estudo empírico.
Para tanto, inicialmente, far-se-á uma apresentação geral sobre a epilepsia, situando-a no
campo teórico, sobretudo das produções nacionais, com o objetivo de levantar alguns pontos a
serem considerados ao longo do capítulo.
1. Epilepsia: aspectos gerais.
Sabe-se que a epilepsia não se trata de uma condição recente ou contemporânea,
podendo ser encontrados registros de descrições de paciente com epilepsia, já em um texto de
2.000 a.C. (2). Apesar dessa longa história da doença, não há uma definição consensual de
epilepsia. Mais dominantemente, admite-se a epilepsia como um grupo de doenças que tem em
comum crises epilépticas - eventos clínicos decorrentes de disfunção temporária de um conjunto de
neurônios (3).
O tratamento regular existe há cerca de 90 anos e, atualmente, consiste basicamente de
medicação e cirurgia (4). A terapêutica medicamentosa em epilepsia recém-diagnosticada tem
indicação bem estabelecida e se baseia na relação risco/benefício - risco de ocorrência de novas
crises e suas possíveis seqüelas, em contraposição ao risco dos efeitos colaterais dos medicamentos.
Entre os principais riscos da epilepsia estão a morte (risco baixo), a lesão física, o
comprometimento cerebral e as conseqüências psicossociais. Além disso, uma crise epiléptica,
principalmente a convulsiva, é geralmente um episódio apavorante tanto para o paciente quanto
para a família, os quais se vêm, muitas vezes, num impasse entre não querer mais a sua ocorrência
e a preocupação com os efeitos colaterais da medicação a curto e longo prazo (5).
Em crianças, o uso de uma única droga anti-epiléptica apropriada para um tipo de crise
controla cerca de 50% dos casos. Já em pacientes adultos com epilepsias generalizadas idiopáticas,
há sucesso aproximado em 80% dos casos (6).
Para os pacientes que não respondem bem à medicação2, a depender dos aspectos gerais
do quadro da doença e da localização da disfunção no cérebro, pode haver a indicação de
tratamento cirúrgico, cujo objetivo é a remoção da região ou da zona epileptogênica (7, 8).
Segundo os autores Paglioli-Neto e Cendes (7), embora o tratamento cirúrgico para
crises epilépticas refratárias à medicação venha sendo realizado há mais de cem anos, os recentes
avanços tecnológicos em neurofisiologia e neuroimagem têm proporcionado uma significativa
melhora na segurança e eficácia de tal intervenção. Assim, com o desenvolvimento de métodos
modernos de neuroimagem e dos registros de vídeo-eletroencefalografia (vídeo-EEG), os
Endereço para correspondência: Kátia de Souza Amorim - e-mail: [email protected] - Rua C, 20 – Quinta
da Boa Vista B, CEP 14031-796, Ribeirão Preto - SP
2 Em alguns serviços, considera-se o insucesso ao tratamento a não resposta efetiva à medicação quando, apesar
de seu uso regular, o paciente apresenta pelo menos uma crise epiléptica ao mês.
1
223
Neurociências
procedimentos cirúrgicos vêm podendo ser realizados de forma cada vez mais seletiva e restritos às
áreas epileptogênica (9, 10).
O tratamento cirúrgico da epilepsia é ainda pouco utilizado devido, principalmente, aos
elevados custos e à complexidade da avaliação pré-operatória. Esta depende de uma abordagem
interdisciplinar, uma vez que se faz essencial definir precisamente a causa da epilepsia e a
localização da(s) área(s) de início das crises - diagnóstico topográfico. É a partir da topografia da
disfunção cerebral, obtida após uma síntese integradora das diversas avaliações realizadas, que se
avaliam os riscos e os benefícios da cirurgia (7).
Os procedimentos freqüentemente utilizados na avaliação pré-cirúrgica dos pacientes com
epilepsia refratária são a monitorização vídeo-eletrencefalográfica (vídeo-EEG) - realizada por um
período prolongado de várias horas, e até mesmo dias. Esse fato somado à necessidade da retirada
das medicações anticonvulsivantes acarreta, habitualmente, na hospitalização do paciente. (11)
Além do vídeo-EEG, é também realizada a Ressonância Magnética (RM), a avaliação
neuropsicológica e sócio-econômica, e, em alguns casos a tomografia computadorizada por
emissão de fóton único (SPECT).
O tratamento cirúrgico vem controlando as crises epilépticas com menor seqüela
neurológica, sendo que certos tipos de cirurgia para epilepsia na infância têm obtido resultados
positivos em cerca de 70% dos casos (12).
A despeito de possíveis complicações, autores discutem que se faz essencial que o
tratamento cirúrgico seja colocado como parte fundamental do programa de atendimento global
dos pacientes. Porém, este é ainda muito restrito no Brasil (4).
Independentemente do tipo de tratamento – cirúrgico ou medicamentoso -, considera-se
hoje que a sua eficácia deva ser avaliada não apenas pela redução do número de crises, como
também pela melhoria da qualidade de vida do indivíduo (6).
2. Epilepsia: estigma e qualidade de vida.
Reconhece-se que, para os pacientes que não têm suas crises controladas, as
conseqüências psicológicas e sociais da epilepsia tornam-se numerosas. Dentre elas, a baixa autoestima, a exclusão social, as dificuldades de inserção no mercado de trabalho, as aposentadorias
precoces, o desemprego, os problemas familiares e de relacionamento interpessoal e os sintomas
de depressão e ansiedade, são algumas das questões resultantes do impacto das crises epilépticas
sobre a vida cotidiana desses indivíduos (13).
Muitas dessas questões têm sido consideradas como resultados de discursos e práticas
sociais relacionadas à pessoa com epilepsia. Em relação a isso, sabe-se que há uma longa história de
mudanças de definições e significados da epilepsia, os quais afetam como as pessoas lidam com e
experienciam a epilepsia, além de perceberem as relações dos outros em relação a ela (epilepsia e
pessoa).
Demônios ou deuses, espíritos sobrenaturais, humor e desequilíbrio mental e, mais
recentemente, alterações elétricas no funcionamento do cérebro foram determinando sentidos,
idéias e crenças pessoais e sociais, possibilitando a construção de significações que influenciam
profundamente a experiência da epilepsia (14).
Por ser a imprevisibilidade das crises uma característica marcante, a epilepsia assume,
muitas vezes, um caráter místico relacionado a interferências sobrenaturais, sendo conhecida como
o mal sagrado. Por essas razões já enraizadas na história, a epilepsia é uma condição considerada
como estigmatizante “por excelência” (15). E, o estigma traz uma condição de descrédito social,
que resulta em julgamentos mais ou menos consensuais do grupo social de pessoas que participam
da relação com o estigmatizado. Assim, o indivíduo estigmatizado se encontra em uma situação na
qual não é considerado apto para a aceitação social plena (16). Assim, é possível entender que o
estigma relacionado à epilepsia acabe por gerar e disseminar significações que permeiam atitudes e
posturas que estão nelas arraigadas.
Nesse sentido, se há alguns anos, considerava-se a freqüência, o tipo e a severidade das
crises epilépticas, como critérios para medir o impacto da epilepsia na vida de uma pessoa, hoje
também se considera o grau de desvantagem que a pessoa experimenta como resultado da
epilepsia nos níveis social e cultural (6).
224
Educação & Interação Social
Assim, interfere também na qualidade de vida dos pacientes com epilepsia, a maneira
como estas pessoas são significadas e tratadas socialmente, além de como se percebem nessas
relações indivíduo/sociedade e indivíduo/outro.
Dessa maneira, segundo Souza, Guerreiro e Guerreiro (6), para se avaliar a interferência
da epilepsia nos aspectos psicossociais da vida dos pacientes, é preciso abordar diversas áreas,
dentre elas, os cuidados profissionais, a família, escola, trabalho, bem como delinear as alterações
emocionais e distúrbios cognitivos que possam ocorrer. Dentre estes vários aspectos, vamos
considerar aqui, particularmente, os familiares, sobretudo quando se considera a criança com
epilepsia.
3. Aspectos psicossocias na epilepsia: a família.
Pesquisas realizadas com familiares indicam que a epilepsia impõe um peso não só para a
criança, como também para a família, restringindo atividades e aumentando responsabilidades
para os pais e irmãos (17). Nesse sentido, vários autores afirmam que é preciso estabelecer uma
relação positiva entre as atitudes dos pais no respeito à autonomia das crianças e ao controle do
comportamento.
Além disso, freqüentemente, a epilepsia começa na infância e as crianças, através das
explicações dos pais e do comportamento dos mesmos, aprendem que há algo de “errado” com
elas. Ainda, os sentimentos dos pais de medo, raiva, choque, ansiedade, confusão e depressão
podem levar a comportamentos de permissividade, rejeição, pobre acompanhamento na
administração de remédios e baixa expectativa. Contribuem ainda para que as crianças se tornem
inseguras, medrosas, dependentes, imaturas e, até mesmo hostis (6).
Dentre os diversos comportamentos exibidos pelos pais de crianças com epilepsia,
usualmente, estão comportamentos de superproteção relacionados não só à própria epilepsia (tipo
de crise, severidade da epilepsia, presença de outras desordens, efeitos medicamentosos), mas
também a fatores psico-sócio-culturais, como preconceito, crenças, características individuais da
criança, aspectos socio-econômicos e, mesmo, a possibilidade de acesso ao tratamento (14).
Com isso, discute-se que as características da epilepsia afetam diretamente o
relacionamento entre pais e filhos, aumentando a ansiedade e a relação dominadora (17; 18), com
as crianças com epilepsia, muito freqüentemente, criando significativa dependência dos pais.
Tendo em vista essas e outras preocupações, trabalhando-se com o relato de pais e com
um levantamento junto à literatura, Fernandes e Souza (17) criaram um inventário para identificar
as variáveis familiares na relação com o filho com epilepsia.
Ryan, Speechley, Levin e Steward (19) trabalharam também a temática da percepção dos
pais em comparação à percepção de psicólogos, quanto ao controle das crises das crianças,
buscando investigar o grau de concordância entre estas percepções.
Galletti e Sturniolo (20) referiram-se à importância do suporte terapêutico e
aconselhamento aos pais e crianças com epilepsia, ressaltando que crianças e adolescentes com
epilepsia e suas famílias necessitam mais do que suporte médico terapêutico para manter uma
adequada qualidade de vida. Tomé, Amorim e Mendonça (21), através da realização de entrevistas
semi-estruturadas com três mães, investigaram a percepção das mães, seus sentimentos e as
dificuldades frente à adoção e ao seguimento da dieta cetogênica no tratamento de seus filhos com
epilepsia de difícil controle.
Fernandes e Souza (22) verificaram, ainda, como os pais percebiam a qualidade de vida
dos filhos com epilepsia e se as crenças relativas à epilepsia controlavam a relação pais e filhos.
Para tanto, aplicaram 21 protocolos do “Inventário Simplificado de Qualidade de Vida na Epilepsia
Infantil”, em pais de crianças com 6 a 14 anos (estas últimas portadoras de epilepsia benigna da
infância). Os resultados apontaram que 86% dos pais relataram crenças relativas à epilepsia e
avaliaram a qualidade de vida dos filhos como muito boa. Porém, referiram dificuldades no lidar
com eles. Foram notados comportamentos de superproteção (62%) e sentimentos de
preocupação, medo e insegurança (90%). As crianças foram avaliadas por seus pais como irritadas
(52%), dependentes (38%), agitadas e inquietas (38%). No que diz respeito à escola, 33% das
crianças freqüentavam escolas especiais, apresentando dificuldades escolares e de relacionamento.
As autoras apontam que crenças e desinformação parecem controlar o comportamento dos pais na
225
Neurociências
maneira de lidar com seus filhos epilépticos, gerando comportamentos inadequados, embora eles
percebam a qualidade de vida dos mesmos como muito boa.
Fernandes e Souza (23), em outro trabalho, buscaram, através de um procedimento
educativo em grupos de apoio a pais de crianças com epilepsia, esclarecer e avaliar a eficácia destes
grupos na identificação e melhora das variáveis psicológicas. Foram observados sentimentos de
mágoa e medo, tristeza e rejeição, associados à superproteção e à falta de limites. As autoras
relatam que, após o grupo, 91,6% dos pais relataram ter adquirido mais conhecimento sobre a
epilepsia, associando muitas das dificuldades com a falta de informação e a presença de crenças
irracionais. As autoras ressaltam a importância dos grupos na desmistificação de crenças,
identificação de relações parentais e prevenção de dificuldades comportamentais.
Fernandes e Souza (24) verificaram, ainda, a eficácia do grupo na identificação de
variáveis familiares ligadas à epilepsia, através da aplicação de questionários. Segundo elas, os
resultados indicaram crenças dos pais como medo de engolir a língua durante a crise (76,19%) e
de apresentar doença mental no futuro (66,67%). As autoras apontam, ainda, que, frente à
epilepsia, apareceram sentimentos de medo e tristeza, e que 76,19% dos pais apresentaram
superproteção e 90,48%, expectativa de nova crise. No pós-teste, realizado logo após
apresentação de vídeo informativo, os pais afirmaram que as informações oferecidas modificaram
as crenças. No pós-teste 2, realizado seis meses após, 80,95% não relataram grandes dúvidas sobre
epilepsia e 90,48% haviam melhorado a relação com seus filhos. Diante disso, as autoras afirmam
que a desmistificação de crenças e preconceitos nos grupos de pais influenciou positivamente a
família, prevenindo alterações de comportamentos e garantindo cuidados efetivos no atendimento
à criança com epilepsia.
Souza e col. (25) também buscaram identificar as crenças e os sentimentos dos pais frente
à epilepsia e a relacioná-los com os comportamentos de seus filhos, no sentido de avaliar a eficácia
dos grupos de pais na diminuição da ansiedade, esclarecimento sobre a doença e comportamentos.
Segundo os autores, eles obtiveram os seguintes resultados: diante do diagnóstico foram
observados mágoa (94,4%), medo (72,2%), rejeição (38,9%), tristeza (33,3%) e susto (27,8%).
Estes sentimentos foram associados a superproteção (83,3%) e falta de limites (38,9%). Segurança
foi associada à percepção do controle de crise. Depois do grupo, 94,4% dos pais relatam menos
ansiedade e 77,8% associam muitas das dificuldades à falta de informação e à presença de crenças
irracionais. Desta maneira, os autores concluem que grupos de apoio desmistificam crenças,
ajudam na identificação das relações parentais e previnem dificuldades comportamentais.
Portanto, percebe-se que há destaque, em vários estudos, à importância da
desmistificação de crenças e preconceitos de pais de crianças com epilepsia. Enfatiza-se a marcada
presença dessas crenças, crenças irracionais e preconceitos em torno da questão da epilepsia, que se
mostram integrantes dos discursos dos pais. Aquelas estariam permeando suas atitudes no lidar
com seus filhos e entender a doença, podendo colaborar com a perpetuação de medos irracionais
e do próprio estigma.
Nesse sentido, como vários dos trabalhos acima apontam, discute-se que, para superar o
estigma e a angústia que envolve a doença, mostra-se fundamental o esclarecimento da condição
crônica para o paciente e a sua família (26).
4. A informação à família e à pessoa com epilepsia.
Como dito, vários trabalhos (14; 23) ressaltam que os pais sentem-se mais capacitados
para lidar com seus filhos, após serem informados sobre a doença. Nesse sentido, Souza e col. (6)
discutem que:
A educação é necessária e reduz o estresse, pois geralmente os medos são irracionais e
frutos da falta de informação; são controlados muitas vezes por mitos e preconceitos
sobre o que se sabe de epilepsia e efeitos da medicação. Os lapsos nas explicações
reforçam esses medos, trazem insegurança e significativamente podem influenciar no
ajustamento comportamental e psicossocial porque alteram a maneira de lidar com o
epiléptico. (pag.123)
226
Educação & Interação Social
Nota-se, no entanto, que esses estudos referem-se a uma forma específica de considerar a
informação, esta sendo constituída por conceitos e significados relacionados à epilepsia, que foram
construídos em tempos mais recentes, com base em pesquisas e estudos, possuindo um caráter
científico que lhes dão suporte. E, ainda, que a informação é passada através da relação
médico/profissionais de saúde-paciente/familiares, através de conversas diretas e pontuais.
No entanto, há outras formas de se entender a informação na relação profissionaispaciente-família. A informação pode ser entendida enquanto processo, construída através do
trânsito em espaços contextualizados, através de uma série de situações interacionais. Nesse
sentido, a informação é considerada como de amplitude que vai além do aqui-agora, do contato
direto e concreto entre aquelas pessoas. Para discutir isso, antes de qualquer coisa, reportar-se-á à
noção de informação, como proposta por Fogel (27).
Segundo este autor, a informação não é algo que se apreende (colhe) de uma conversa,
em determinada situação; ela não se encontra pré-formada, não está dada na situação; e, não é,
ainda, um modelo em que um transmite uma mensagem e, só então, o outro a recebe. A
informação é entendida enquanto sendo co-construída nas relações entre dois ou mais
participantes, nos vários contextos de interação entre eles, num processo de comunicação que é
regulado por todos os envolvidos na situação (co-regulação).
Entender a informação sob esta perspectiva possibilita compreender o processo de uma
maneira dinâmica e compartilhada. Desta forma, tendo outros conhecimentos anteriormente
adquiridos, os participantes (no caso, os pacientes e/ou as famílias) vão estar de maneira contínua
trocando e (re)construindo mensagens tanto verbais quanto não-verbais. Isto é, a informação
estará continuamente em-formação (do inglês in-formation). As mensagens e informações vão
reciprocamente possibilitando e suscitando determinadas respostas no outro, de maneira que o
processo é completamente partilhado, dialógico e dialético, podendo levar a percursos nem
sempre esperados.
Carvalho, Império-Hamburger e Pedrosa (28), trabalhando a partir da proposição de
Fogel de interação e comunicação, vão além, pontuando que as informações são co-construídas
dentro de “campos interativos”, sem que se restrinja apenas ao momento interacional concreto e
direto com os outros. Nesse sentido, a informação é compreendida a partir da idéia de sistemas
dinâmicos, em que há um potencial de regulação entre os componentes do campo, sendo o
campo definido pela natureza dos componentes que interagem ao mesmo tempo em que os
constitui.
Desta forma, os movimentos ou as transformações de comportamentos/informações de
um dos componentes não podem ser compreendidos sem que se considere a existência, os
movimentos ou o comportamento de outros componentes, mesmo que entre eles não haja uma
troca explícita ou que não façam algo conjuntamente (29).
As autoras propõem que, mesmo não estando em interação direta com o outro (em que
atitudes de um são dirigidas objetivamente ao outro e vice-versa), há o que se denomina de
regulação não-recíproca. Isto é, mesmo de maneira indireta, eles acabam por contribuir para
constituir um ao outro. Assim, mesmo estando ocupados com atividades diferentes, eles constroem
informações e se auto-regulam em suas ações em função um do outro.
Neste processo de interação direta ou indireta entre os participantes, diversas
informações e significações vão sendo co-construídas tanto explicitamente – aquelas que emergem
no contexto relacional/interacional -, e, implicitamente – aquelas que embora
construídas/elaboradas não são reveladas/expostas/compartilhadas abertamente na interação.
Nesta situação, estão presentes conteúdos e significações referentes às e construídas nas
experiências anteriores dos participantes, suas percepções, concepções, expectativas futuras e, ao
mesmo tempo, a possibilidade de reavaliação e re-construção a partir da presente relação.
Partindo-se dessa abordagem, entende-se a relação médico-familiares-paciente como se
dando dialogicamente, o que inclui o contato concreto e direto entre eles, mas também vai além
desse contato direto. Diante disso, interrogou-se como poderia se apreender os processos de
construção, reconstrução, des-construção e co-construção de significações em relação à epilepsia e
à criança com epilepsia.
Para isso, optou-se por acompanhar os processos de (re)(des)(co)construção das
significações do pais, a partir de um estudo de caso. Para a condução do estudo, buscou-se
227
Neurociências
acompanhar esse processo de transformações nas significações, em uma situação considerada mais
nova nesse campo – isto é, no processo de diagnóstico topográfico de uma criança com epilepsia,
dentro de um serviço de cirurgia de epilepsia.
A escolha pelo momento de avaliação pré-cirúrgica se deu, sobretudo, por considerar: 1)
a especificidade do processo de avaliação pré-cirúrgica - em que a família se desloca para o
hospital a fim de acompanhar o filho; 2) em que há a intensificação do convívio com o contexto
hospitalar e os profissionais de saúde; 3) pela possibilidade que se abre de realizar uma nova
terapêutica a fim de obter o controle das crises epilépticas do filho; e, 4) por se tratar do ainda
restrito tratamento cirúrgico no país.
5. Pressupostos metodológicos
Para a coleta e análise dos dados, utilizou-se como base a perspectiva teóricometodológica da Rede de Significações (RedSig) (29). Esta representa uma ferramenta norteadora
de todo o estudo de caso desenvolvido. Essa perspectiva foi elaborada a fim de se constituir como
instrumento tanto na investigação como na compreensão do processo de desenvolvimento
humano, propondo uma abordagem de coleta e análise de dados que considere e garanta uma
visão complexa do desenvolvimento humano, entendendo-o como se dando durante todo o ciclo
vital, de maneira relacional, dialética e contextualizada sócio-histórico-culturalmente.
A perspectiva da RedSig propõe que, desde o início da vida, as relações são coconstruídas a partir das “inter-ações”, isto é, de ações partilhadas e interdependentes. Essas
interações se estabelecem por meio de processos dialógicos, nos quais cada pessoa tem seu fluxo
de comportamentos continuamente delimitado, recortado e interpretado pelo(s) outro(s) e por si
próprio através da coordenação de papéis ou posições, dentro de contextos específicos. Nessa
coordenação, as pessoas em interação podem aceitar, negar, confrontar, negociar e/ou recriar esses
papéis/contra-papéis ou posições. Ao agirem, as pessoas dialogicamente transformam seus
parceiros de interação e são por eles transformadas, assim como se modificam as funções
psicológicas que lhes dão suporte, remodelando seus propósitos e abrindo-lhes novas
possibilidades de ação, interação e desenvolvimento.
Nesse sentido, a metáfora de rede permite a compreensão da impossibilidade de
apreender o desenvolvimento individual descolado dos outros, da alteridade. Ela foi incorporada
no intuito de abranger as infindáveis articulações, às quais estão submetidas às pessoas, a um só
tempo e ativamente contribuindo nos percursos de desenvolvimento próprio, de outras pessoas e
dos contextos de que estão participando.
O desafio do uso dessa perspectiva constitui-se em como encarar a complexidade em
estudos empíricos de maneira não simplificadora, de forma a não tratar as partes de forma isolada
do conjunto. Nesse sentido, a perspectiva da RedSig (30) discute a idéia do pesquisador como
ferramenteiro, como proposta por Vygotsky. De acordo com essa proposta, há a possibilidade de
um maior desprendimento dos pesquisadores que se utilizam da perspectiva, tomando-a realmente
como um norteador de olhar, um circunscritor do papel do pesquisador no fazer pesquisa. Com
isso, dá-se abertura à construção de novos caminhos possíveis de serem trilhados nas investigações
de modo a se apreender os processos desenvolvimentais, considerando as suas características
relacionais e historicamente situadas.
Por se tratar de um estudo na área de Psicologia da Saúde, utilizou-se ainda como
referência nesse contexto de pesquisa autores como Minayo (31) e Spink (32).
Apesar do distanciamento metodológico e prático entre a proposta hermenêuticadialética de Minayo (31) e a RedSig - sobretudo pelo fato de Minayo trabalhar com
Representações Sociais - identificaram-se alguns pontos de convergência, implementando, assim, o
escopo de ferramentas para o presente estudo.
Nesse sentido, concordando-se com aquela autora, tem-se a compreensão da inserção
histórico-cultural dos sujeitos em investigação (particularmente em relação aos aspectos ligados ao
campo da saúde); ainda, de que se deva entender a fala como resultado de um processo social e
de conhecimento, fruto de múltiplas determinações histórico-contextuais, estando essa fala e
significação profundamente ligadas à época e à pertinência de classe que se empresta aos sujeitos
entrevistados.
228
Educação & Interação Social
Contribuições da abordagem de Minayo (31) se fizeram, ainda, no trabalho com o corpus
e na análise de dados, quando da estruturação de “unidades de registro” a serem referenciados por
temas. Além disso, os autores enfatizam a importância que a investigação no setor da Saúde se
dirija para uma vinculação estratégica com a realidade, chegando-se à conclusão do trabalho com
pistas e indicações que possam servir de fundamento para propostas de planejamento e avaliação
de programas, revisão de conceitos, transformação de relações, mudanças institucionais, dentre
outras possibilidades.
Do trabalho de Spink (32), ao tratar da produção de sentidos no cotidiano, alguns
pontos também foram considerados e utilizados na implementação das ferramentas a serem usadas
no estudo presente de caso. Especificamente, no trabalho com as entrevistas, buscou-se
inicialmente a imersão no conjunto de informações, procurando deixar aflorar os sentidos, sem
encapsular os dados em categorias, classificações ou tematizações definidas a priori. Tais categorias
de análise deveriam emergir do confronto possível e inicial entre sentidos construídos no processo
de pesquisa e de interpretação, e aqueles decorrentes da revisão bibliográfica e das teorias de base.
Entendeu-se, ainda, como discute a própria RedSig, que a construção de categorias gerais, de
natureza temática deveriam refletir os objetivos da pesquisa, preservando-se a seqüência das falas e
identificando-se os processos de interanimação dialógica.
6. O estudo de caso: características dos participantes, realização das entrevistas, análise dos dados,
construção dos eixos temáticos.
O participante e sua família foram selecionados no ambulatório infantil de epilepsia de difícil
controle, de um hospital terciário da região de Ribeirão Preto. Os principais critérios de seleção foram a
criança ter entre dois e dez anos de idade; ter crises epilépticas de difícil controle; não ter doença
sistêmica ou outras síndromes associadas; e, ser acompanhado por um de seus pais durante internação
na enfermaria do centro de cirurgia de epilepsia. Tais critérios foram definidos na tentativa de se
conseguir uma situação em que a epilepsia fosse o quadro clínico de destaque. Assim, a primeira criança
que se enquadrou nesses critérios e cujos pais concordaram com a participação no estudo foi
selecionada para investigação. Vale informar que todos os cuidados éticos foram e vêm sendo tomados
e o projeto foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa do HC-FMRP-USP.
O sujeito participante pivô - a partir do qual se definiram os pais do estudo de caso – foi a
menina, Karen3 (10 anos), residente à área rural da região de Ribeirão Preto. Na verdade, a família
reside em um assentamento rural, ligado ao MST (Movimento dos Sem Terra).
Karen estava há sete anos com crises de difícil controle, tendo mais de uma crise epiléptica
por mês. Ela vinha sendo acompanhada, desde então, no ambulatório infantil de epilepsia de difícil
controle daquele hospital. Durante o período de avaliação pré-cirúrgica, a criança permaneceu
internada na enfermaria do centro de cirurgia, acompanhada por sua mãe, para a realização do
diagnóstico topográfico da epilepsia.
De modo a desenvolver o objetivo proposto, foram realizadas três entrevistas semiestruturadas com a mãe, em três momentos diferentes: 1) Logo após a internação na enfermaria
(24/01/2007); 2) Durante realização dos exames na enfermaria (30/01/2007); e, 3) Após reunião de
devolutiva das avaliações e discussão da possibilidade de realização da cirurgia (19/09/2007).
A reunião de devolutiva foi realizada em 12/09/2007, tendo tido a participação de dois dos
profissionais de saúde (médico e assistente social), além da criança, irmã, pai e mãe.
Para contextualização e contraponto das falas das entrevistas realizadas com a mãe, foram feitas
quatro entrevistas com diferentes profissionais de saúde atuantes no caso – Técnica de vídeo
(30/01/2007), Auxiliar de Enfermagem (30/01/2007), Médico (12/09/2007) e Assistente Social
(19/09/2007).
A análise dos dados, realizada com base na perspectiva teórico-metodológica da RedSig,
complementada pelas propostas de Minayo (31) e Spink (32), incluiu leitura exaustiva e postura
interrogativa frente às falas das entrevistas gravadas e transcritas. A constituição do corpus se fez por
organização das entrevistas em recortes temáticos, estruturando-os tanto de modo a apreender eixos
temáticos, como para acompanhar esses eixos ao longo das três entrevistas. Tal acompanhamento era
3
Nome fictício.
229
Neurociências
central, pois permitia identificar se ocorriam transformações, isto é, se havia (re)(des)(co)construção das
significações, com o tempo e as relações. Ao todo foram construídos sete eixos temáticos, os quais
foram buscados/identificados tanto nas entrevistas com a mãe, como naquelas com os profissionais.
Esses sete eixos são apresentados a seguir.
7. Apresentação dos resultados e da discussão: o processo de construção de significações.
7.1. Início das crises da criança – contradições e/ou multiplicidade?
7.1.1. Primeira Entrevista
(...) quando ela teve crise de convulsão a primeira vez (...), ela teve catapora
recolhida. Aí, começou se bater, se bater... aí chamamo a ambulância e, lá no posto,
que falô que ela tava com crise de convulsão... mas sem febre, não tava com febre.
(Mãe)
7.1.2. Segunda Entrevista
O dela é infecção no cerebelo. É um coisinho que fica aqui (atrás da cabeça). (Mãe)
7.1.3. Dados do Prontuário
Encefalite Herpética
7.2. Crises convulsivas da criança – como a mãe percebe e sente?
7.2.1. Primeira Entrevista
Eram horríveis (as crises) (...) Nossa, ela se batia, babava, nossa se batia. Você precisa
de ver como ela se batia (...) Só sei que sofri . (...) Agora melhorou (...) (Mãe)
7.2.2. Reunião de Devolutiva
No começo... no começo, ela se batia. (...) “Tá controlando, né? (Pai)
“No começo ela se batia, mas agora não se bate, né?(...) É porque, algumas vezes, as
crises dela.... o comportamento dela é, é, é, é bem assim... discreto na hora da crise,
né? (...) Provavelmente por causa do remédio, que passaram pra ela. (...) O remédio
controla um pouco. Mas não controla tudo (...) (Médica)
7.2.3. Terceira Entrevista
Mas deu crise nela esses dias... (...) Ah, em silêncio assim... quietinha. É que antes ela se batia,
né, aí eu via! Mas agora não, menina. Ela levantou no outro dia, já ruim, reclamando de dor
de cabeça, deitou ali assistindo tv. Daí, eu vi que ela tava dormindo ali quietinha. Mas babou
tudo, ali onde ela tava dormindo. Chacoaei ela, chamei! Ela não respondia... (Mãe)
7.3. O remédio no tratamento – aliado ou inimigo?
7.3.1. Primeira Entrevista
(...) Como o médico passou esse “alpaquimio”, ela deu uma melhorada. Dá febre nela
e ela não tem crise de convulsão. (Mãe)
230
Educação & Interação Social
Nossa, até controlar tudo os remédios... A médica falou pra mim que, quando
controlasse, ela melhorava... (...) Ah, eu não vejo a hora de tentar tirar (os remédios),
porque ela não come... (fala baixa, tristeza) (...) Ela não come, menina. Difícil vê ela
comer comida.. (...) O remédio, tira a fome né? O médico falô que tira a fome…
(Mãe)
7.3.2. Segunda Entrevista
(...) antes dela tomar essa remediada, ela comia super bem (...) nossa ela comia de
tudo. Mas, agora, (pausa) pouca coisa ela come (...) O remédio tira muita a fome
dela, tadinha. Ela comia tão bem! Agora... (Mãe)
7.3.3. Terceira Entrevista
(...) é ruim o remédio. O remédio fica, fica raspando aqui assim... (…) o médico falou
pra mim que ele tira a fome, filha... o alpaquim.(...) Ah! Eu dou as coisas que ela
gosta, pra ver se ela come alguma coisa, né. (...) Lembra que eu precisei descer lá
embaixo pra comprar pãozinho de queijo pra ela comer? (Mãe)
7.4. A realização da cirurgia – significações ambivalentes.
7.4.1. Primeira Entrevista
(...) Ah! Sei lá, viu... (fala desanimada) (...) A gente fica com medo (...) Ah! fica com
medo de fazer, né, porque às vezes acontece tanta coisa, né? (Mãe)
7.4.2. Segunda Entrevista
Se é pra ela parar de tomar estes remediada, aí era bom! (...) Queria que fizesse sim.
(Mãe)
7.4.3. Reunião de Devolutiva
Outra coisa, então, são (…) os riscos relacionados ao local da cirurgia, né? (...) Essa
região que fica aqui (mostra no boneco modelo), ela é uma região que é um pouco
mais silenciosa, (…) ele dá um pouquinho menos de sintoma, certo?!(...) Mas ele fica
do lado de uma região que é muito importante, que é a área do movimento, tá?! (…)
Então aqui é a área do movimento (…) e aqui é a área que a gente vai operar. Então
olha... próximo. E, então, a gente precisa, na hora que for fazer a cirurgia, determinar
o quão próximo da área de movimento, tem... tem... a... a...crise dela, tá?! E a gente
consegue então mapear tudo, tá, mapear a área que faz mexer, mapear a área que vai
operar e, assim, fazer a cirurgia sem que ela tenha um déficit é... motor, sem que ela
perca nada do movimento. Tá certo? Eventualmente, o que acontece é que, no pós
operatório imediato (…), o lado direito pode ficar um pouquinho mais fraco. Mas,
isso, no pós-operatório, depois ou volta sozinho, ou fazemos fisioterapia, certo?
(Médica)
7.4.4. Terceira Entrevista
Falou assim dela fazer a cirurgia. Nóis fica pensando (...) de perdê os movimentos...
porque é o que a doutora falou, que ela vai perdê os movimentos (...) Diz que volta
depois. Eu tenho medo de não voltar, depois... porque agora ela conversa... É ruim,
depois, a filha ficar deficiente. É duro! Corre o risco, né” (Mãe)
“A gente espera que, se não curar de uma vez, que vai pelo menos melhorando, que
vai melhorando, agora... depois, com o tratamento depois. Risco sempre tem, né, no
cérebro sempre tem risco. É a região que a gente tem mais... mais perigosa, mais né...
mais sensível. (Pai)
231
Neurociências
7.5. Significações e relações.
7.5.1. Primeira Entrevista
E, quando você tem que conversar com alguém assim que pensa diferente de você?
Por exemplo, que acha, que “ai tá doentinha” sabe? Que nem você falou, que pensa
de uma maneira diferente (…) Como que é pra você conversar com essas pessoas?
(Entrevistadora)
Ai, eu nem converso, eu fico no meu canto... (fala baixo) (...) Acho melhor ficar
quieta, né? (...) Não gosto de ficar conversando não... (Mãe)
7.5.2. Entrevista com profissionais durante internação da criança
(...) ela é calada (...) Não, não é normal. Por isso que eu falo, por ser mais velha... (...)
sem conhecimento mesmo, muito simples... (Auxiliar de enfermagem)
...eu acredito que só conversando (...) explicando muuuuuito... Porque são pessoas,
assim, que não chega a pensar no que é bom e que é ruim. (Técnica de imagem)
7.5.3. Segunda Entrevista
É... ela tem direto (dor de cabeça). Nossa ela tomou vários remédios, ela toma desde
pequenininha. (...) eu comprei esse porque não tinha no posto. Comprei pra ela
tomar, né. Só que deixei em casa... devia ter trazido! (...) Agora o médico vai chegar e
ficar bravo comigo porque eu não dei o outro remédio dela... (Mãe)
7.5.4. Entrevista com profissional após reunião de devolutiva
tem essa característica assim, dela concordar em primeira mão. Sabe, você tem que
estar (...) reconsiderando com ela as coisas, pra ver se ela entendeu. Ela é de princípio
uma pessoa que não nega nada, que não pergunta, não é muito questionadora (...)
Ela não consegue elaborar um pensamento assim conclusivo (...) Fica mais na
superfície (...) mais na informação. (Assistente Social)
Eu tinha impressão assim de que era uma família que... a mãe basicamente... porque,
o pai eu nem conhecia, né... que eles estão dispostos a tentar a cirurgia... É uma
família muito simples, né. E, nessa situação, às vezes, a gente tem que tomar cuidado,
porque a gente se acostuma tanto a usar alguns termos médicos, né, que às vezes a
gente tem que ter certeza de que o paciente entendeu, que a família, né, entendeu o
que a gente tá passando. (…) Eu acho que ela teve condição de compreender... a
gente acaba repetindo algumas coisas pra ter certeza disso.”(Médica)
7.5.5. Terceira Entrevista
Você tá bem insegura em relação à cirurgia assim? (pausa e silêncio da mãe) Não tá
muito confiante? Ou você tá confiante? (Entrevistadora)
Ah sei lá (...) Ah meu Deus, sou tão ruim de entrevista... (Mãe)
7.6. Os “outros” sociais na relação com a criança.
7.6.1. Primeira Entrevista:
Ah eles (as outras pessoas) tratam ela bem (...) Não... (nunca teve problema) (...)
232
Educação & Interação Social
Desprezar assim? (...) Não, nunca desprezou não. (...) Sei lá... só sei que chamam ela
de doentinha, que toma remédio... (fala com amargura...) (Mãe)
7.6.2. Segunda Entrevista
(...) que nem a outra criança que ia brincar com a Karen, depois que ela chamou a
Karen de doentinha, eu cortei, não deixei ela brincar com ela mais não... (Mãe).
7.7. Escola Especial e Escola Regular: qual o lugar para a filha com epilepsia?
7.7.1. Entrevista com profissional após reunião de devolutiva
(…) na criança, a gente vem percebendo uma questão importante que é a
superproteção (…) O caso da Karen é um... A mãe não queria que ela fosse na
escola... Aí, atrasou o processo. Nós ficamos um ano trabalhando prá ela poder assim,
aceitar que ela poderia freqüentar uma escola. Que, se ela tivesse crise... é um risco
que pode acontecer... mas, se os professores estiverem orientados, se a escola estiver
ciente do problema da criança, né, o risco dela ter uma crise lá na escola... (é o)
mesmo que ter uma crise em casa, entendeu? (…) Mas foi difícil, (…) No começo, a
mãe ia com ela na escola. (pausa) A mãe ficava o tempo todo na escola esperando. E,
então, a Karen sabia que ela tava ali (…) Mas eu fui conversando com a mãe, assim,
‘Você tá certa?! Você acha que tá certo você passar a manhã inteira lá?! Como ela se
sente?! (...) e essa questão inclusive do sentimento da própria criança, do que tava
repercutindo. (Assistente Social)
7.7.2. Terceira Entrevista
(…) eu tenho um medo de mandar ela pra escola. Ontem, ela dormiu bastante na
escola (…) não faz muita lição. É uma escola especial. Só mais assim criança
deficiente... Eles achô melhor colocar ela lá (…) Porque ela não conseguia ir na escola
de jeito nenhum. As crianças tiravam sarro dela porque ela não sabia escrever
(aumenta o tom da voz). (…) Aí ela sabe fazer o nome dela, coisa que ela não sabia
fazer... hoje ela faiz! (…)Ela desenha, ela inventa letra e faz do nome dela... Você
precisa de ver (fala empolgada)! (…) Tá aprendendo.” (Mãe)
“...) se eu ficar lá na escola com ela, deixa os professor tudo louco.(…) Antes eu
ficava, ajudava as mulher cuidar das outras crianças. Mas, eu parei, porque ela dava
muito trabalho. (…) Era pior! Daí eu parei. (Mãe)
Para finalizar a apresentação do caso, no sentido de indicar o desenrolar do processo de
tratamento de Karen, importante dizer que a criança acabou não indo para cirurgia e não havia,
até o momento de redação desse texto, previsão nesse sentido. O problema é que, em um novo
período de avaliação topográfica, com a modificação da medicação anti-epiléptica, Karen
apresentou um quadro psicótico, tendo sido inclusive internada em serviço psiquiátrico.
Atualmente, se encontra em casa, em tratamento medicamentoso para a epilepsia e para a psicose.
8. Discussão do estudo de caso:
Como já pontuado, o objetivo desse estudo de caso consistiu em investigar de que
maneira se dava o processo em que novas e antigas significações sobre a epilepsia e sobre a criança
com epilepsia eram geradas, suscitadas e (re)(des)(co)construídas, nas e a partir das relações,
dentro do contexto de um serviço de saúde.
Essas questões serão discutidas a partir do estudo empírico conduzido e aqui apresentado.
Além disso, duas outras temáticas serão também abordadas: 1) colocando os dados do caso de
Karen em diálogo com a literatura; e, 2) discutindo a mútua constituição da relação da mãe com
os profissionais de saúde.
233
Neurociências
Assim, antes de tratarmos dos aspectos relacionados ao processo de constituição das
significações, gostaríamos de destacar que o estudo de caso propiciou estabelecer um diálogo com
várias das questões indicadas na literatura da área, em relação à qualidade de vida e às formas de
relações com a criança com epilepsia e sua família.
Nesse sentido, em consonância com o que é apontado por Souza et al (14), Fernandes e
Souza (24), Souza et al (25), identificamos a presença significativa de superproteção. Neste caso,
esta se manifestava, fundamentalmente, quando envolvia o fato da criança permanecer em
espaços fora de casa (como na escola) e longe da mãe. Esse ponto mostrou ter sido trabalhado
com a mãe, pela assistente social do serviço. No entanto, mostra-se curioso que a mãe concordou
com a inserção da filha na escola especial e não na escola regular. Ainda assim, a mãe se dispôs a
acompanhar e a permanecer com a filha na escola.
Com relação à escolha pela escola especial, além das possíveis dificuldades de
aprendizagem da criança, outro aspecto que pode ter pesado é o fato de que parece haver uma
maior confiança, por parte da família, em um serviço que conta com profissionais especializados
da área da saúde.
Porém, apesar deste movimento da mãe de colocar a criança em escola especial levar a
uma maior tranqüilização da mesma, ela conduz a uma situação de sobreposição de exclusões e
estigmas: ao estigma da epilepsia (relatado pela mãe), soma-se o estigma de Karen freqüentar uma
escola especial (30). No entanto, vale lembrar que esse movimento da mãe não é isolado e nem
particular dela, sendo reflexo de uma realidade mais ampla, que extrapola os sujeitos investigados.
Como Fernandes e Souza (22) indicam, 33% das crianças com epilepsia benigna da infância, se
encontravam matriculadas em escolas especiais. Tal situação carece de maior investigação, reflexão
e cuidado, já que essa prática demonstra implicar em uma somatória e potencialização de
múltiplas situações estigmatizadoras, o que cria dificuldades de inclusão social da criança no meio
social; ou lhe garante uma “inclusão perversa” (34).
Contraditoriamente a esse movimento de exclusão por parte da mãe, verifica-se que há
uma preocupação dela própria em relação à estigmatização da criança. No caso, essa preocupação
manifestou-se através da irritação com colegas de classe da filha que a chamavam de “doentinha” e
tiravam “sarro” dela. Essa irritação não resultou, no entanto, em uma forma de intervenção eficaz
na situação, nem com a amiga da filha e nem com/através da professora de classe. A intervenção
da mãe se fez pelo afastamento da filha daquelas crianças, fazendo com que se ampliasse a
distância que já as separava, em função das significações relacionadas à doença.
Ainda no diálogo com a literatura, verifica-se que o comportamento de Karen, de ser
agitada, mostra também um paralelo com o que é identificado em trabalhos como de Fernandes e
Souza (22), que referem que os pais de crianças com epilepsia indicam comportamentos como
irritados (52%), dependentes (38%) e agitados e inquietos (38%).
Finalmente, um aspecto bastante discutido e encontrado em nossa revisão – presença de
“crenças” e “crenças irracionais” dos familiares em relação à epilepsia (22; 23; 25) -, não foi
encontrado nas falas dos familiares. Em todo o percurso das entrevistas, não só a mãe como o pai
não trouxeram fantasias ou idéias místicas relacionadas ao quadro. Ao contrário, desde o primeiro
encontro, os familiares trazem noções da epilepsia que se sustentam dentro da lógica do campo da
saúde.
Feitas essas pontuações, passemos ao nosso segundo eixo de discussão: o processo de
(re)(des)(co)construção de significações dos familiares sobre a epilepsia e o filho com epilepsia, nas
e através das várias relações estabelecidas, no contexto de avaliação topográfica da epilepsia da
criança.
Em relação a isso, um primeiro ponto a ser destacado é que, a depender do momento
em que aconteceu a fala da mãe (chegada para internação; período de internação; e, em casa,
após reunião de devolutiva) e da temática trabalhada, ocorreu emergência de significações
múltiplas, relativas a um mesmo assunto. Embora tais significações divergentes pudessem parecer
contraditórias, quando contextualizadas, revelavam-se não apenas coerentes, como resultantes das
construções dentro das relações estabelecidas.
Isso foi observado, por exemplo, quanto aos relatos sobre a causa inicial das crises da
criança, em que diferentes significações foram atribuídas pela mãe (catapora e infecção no
cerebelo). No entanto, a retomada da história clínica pelo prontuário médico indica que a suspeita
234
Educação & Interação Social
inicial foi de fato varicela, a afirmação da mãe mostrando-se legítima. Sua mudança na informação
quanto à causa também se mostrou condizente, já que a hipótese final e trabalhada com a mãe
durante a internação da filha foi de Encefalite Herpética. Assim, após um período de internação,
estando mais próxima dos profissionais de saúde, a significação da mãe se aproximou do
diagnóstico dado pelo serviço. A participação naquele contexto favoreceu que o início das crises
da filha fosse re-significado.
Mudanças nos posicionamentos da mãe em relação ao tratamento se deram também em
função do desenrolar dos eventos, ao longo do período analisado. A medicação que, inicialmente,
parecia mais segura ao controle das crises da filha e ao seu desenvolvimento, foi em determinado
momento questionada em função dos efeitos colaterais (a filha perdia o apetite, não comia nada).
Pela presença desses efeitos colaterais, a medicação passa a ser considerada como prejudicial e a
cirurgia se coloca como uma saída possível e boa.
No entanto, quando na entrevista de devolutiva, é indicada a presença de um risco de
lesão da área motora com a cirurgia, a mãe se conforma com as dificuldades existentes decorrentes
da medicação, de modo a que a filha não se transformasse em alguém com uma deficiência (o que
poderia somar outras dificuldades e, até mesmo, novas estigmatizações).
A questão da medicação vai ser ainda revista na medida em que novos medicamentos
promovem mudanças não só no comportamento (mudança de apetite), como na própria forma
de apresentação das crises. A mudança de medicação, por um lado, levou a uma tranqüilização
por parte da mãe, que não observa mais crises convulsivas na filha, que a faziam sofrer. Por outro
lado, tais mudanças promovem novas preocupações pois, pela apresentação mais silenciosa da
crise epiléptica, a mãe não consegue mais identificar a crise no momento em que ocorre. O
tratamento leva, assim, a novas questões, significações e ambivalências em relação ao quadro.
Como Farnalls e Rennick (35) discutem, ao investigar a experiência de nove pais de
crianças recebendo o tratamento para epilepsia de estimulação do nervo Vago (VNS), frente a uma
nova alternativa de tratamento da epilepsia de seus filhos, os familiares experienciam incerteza
quanto à eficácia do tratamento, com a necessidade de controlar suas expectativas.
Por fim, esses elementos todos se re-configuram e re-significam os encaminhamentos, na
medida em que ao quadro de epilepsia se soma um episódio de psicose. Essa associação entre
epilepsia e doença mental, considerada por alguns como parte das crenças irracionais (22; 23; 25),
no desenvolvimento do presente caso, indicou ter correlação concreta, como discutido por
Marchetti e col. (36).
Os dados apontam, assim, pela necessidade de se relativizar que o fato do profissional de
saúde dar informações pode gerar certezas, seguranças para a superação de crenças irracionais. No
processo de vida e de relações, a complexidade dos elementos e de seus entrelaçamentos apontam
para uma dinâmica que leva a desdobramentos que, quando considerados em função dos aspectos
contextuais, das concepções e expectativas dos pais, de eventos que atravessam a história da
criança e de sua família, a informação pode gerar sim posições de certeza, mas também pode levar
a incerteza, ambivalência, insegurança. A informação está, portanto, continuamente em formação,
nem sempre com desenlaces de certeza; a informação deve ser trocada continuamente e deve ser
acompanhada pari passo às situações que envolvem a criança e a família.
Finalmente, no terceiro eixo de discussão do caso, queríamos destacar que, como
discutimos no tópico acima, através das falas da mãe, verificou-se claramente que ocorreu
importante (re)(des)(co)construção das significações em relação à filha, ao quadro e aos
encaminhamentos. Através das falas da mãe, pôde-se perceber que essa construção de significações
transcendeu os momentos interativos diretos, dando-se através de uma prática reflexiva em que os
conteúdos apreendidos na relação com os outros eram retomados e reavaliados, com a
possibilidade de serem reinterpretados à luz de novos momentos, mesmo que de forma lacunar.
Isso pode ser evidenciado na situação em que a mãe, após uma semana da reunião de devolutiva,
mantém-se no (re)pensar e (re)considerar as significações (co)construídas por ela a partir da fala da
médica quanto ao risco da perda de movimento de sua filha após a cirurgia. Associadas a estas
significações revelam-se também seus sentimentos de medo, preocupação, excitação em realizar a
cirurgia, suas afirmações quanto a estar pensando muito e, ainda, a consideração da possibilidade
de, uma vez realizada a cirurgia, sua filha vir a se tornar deficiente.
235
Neurociências
A despeito disso, para alguns dos profissionais de saúde, essa construção ou não ocorria
ou se fazia com enormes dificuldades. Tal interpretação se deu fundamentalmente em função do
silenciamento por parte da mãe. Esse silenciamento da mãe mostrou-se, para os profissionais de
saúde, como uma característica marcante do seu posicionamento nas relações estabelecidas no
contexto de saúde, sobretudo durante a internação da criança, mas também na reunião de
devolutiva. E essa ausência ou dificuldade da comunicação verbal por parte da mãe gerou
inerentemente um processo de construção de significações em relação à própria mãe.
No processo interativo, isso teria resultado numa tentativa dos profissionais de justificar e
entender tal comportamento dela (de calar-se), tanto a partir das (in)competências individuais (a
mãe é simples, sem conhecimento, não é capaz de elaborar pensamento conclusivo4), como a
partir de suas características pessoais (ela é mais velha). Assim, a atitude da mãe de não perguntar e
falar pouco colaborou para que a significassem enquanto uma pessoa humilde, simples, que não
entendia ou sabia o porquê estava ali. A relevância dessas significações é que elas acabaram por
colocar em questão o principal interlocutor e responsável relacionado à criança em avaliação.
Porém, é importante destacar, como propõe Minayo (31), que essas características da
mãe devam ser consideradas em função da conjuntura sócio-econômica e política na qual a família
se insere: 1– família é moradora de um assentamento do MST, com uma trajetória longa (que
antecede a chegada ao assentamento) marcada por baixos recursos de educação e por dificuldades
de inserção no mercado de trabalho; 2- sua participação enquanto atores sociais: sua história
apresenta uma condição de sucessivas exclusões sociais, essas pessoas não sendo usualmente
reconhecidos como atores, mas como excluídos da sociedade; 3- sua inserção na produção e
condições de reprodução: socialmente, grupos de assentados são considerados como fora da
produção ou, até mesmo, rompendo com a produção econômica; 4- a política de saúde em geral
e em particular, no que concerne ao grupo familiar em sua relação com a categoria Saúde/Doença:
socialmente, os grupos vivendo em assentamento, tanto nesse contexto imediato, como em sua
trajetória anterior a ele, têm enfrentado intensa dificuldade de atendimento em saúde (35); e,
ainda, são pessoas consideradas leigas e desprovidas de conhecimento mínimo em saúde. Nesse
processo de constituição social, de atribuição de valores e concepções a elas, essas pessoas se
calam, temem expor-se, não se acham elas próprias competentes para se posicionar.
Culturalmente, assim, grande parte do conjunto social as posiciona como desprovidas de
competência intelectual e de conhecimento; como desprovidas de voz e de direitos, mesmo que os
tenham. No dialogismo das relações, as concepções socialmente construídas guiam esse encontro
de atores sociais oriundos de processos diversos e permeiam as relações dos profissionais com a
mãe, de tal modo a não favorecer a construção de uma efetiva comunicação. Esse silenciamento
da voz ocorre, mesmo quando os parceiros de interação direta buscam ouvi-los. O silenciamento
representa o fruto de processos sociais, a concretude na forma com que essas pessoas mesmo
acabam por se ver e se posicionar.
A prática social (de silenciamento) e as concepções (pouco claras) têm que ser, assim,
entendidas como frutos e manifestações de condicionamentos sócio-históricos que se vinculam a
(não) acesso a serviços, tradições culturais, concepções dominantes veiculadas e a inter-relação de
tudo isso.
9. Considerações finais.
O presente estudo complementa e leva a desdobramentos os trabalhos encontrados na
literatura (17; 22; 23; 25) que ressaltam a importância de se investir na informação aos pais e às
pessoas com epilepsia.
Sua contribuição se dá a partir de um entendimento da noção de informação que
enfatiza o processo de construção de informação entre pais e profissionais de saúde. Ele é
entendido como não se encerrando nunca e sendo atravessado por um conjunto de significações
que são trazidas da história dos pacientes e seus familiares; e, representam inclusive marcas de
outros momentos históricos da humanidade, construídas dentro de outros processos sociais.
4
Trechos de falas de entrevistas dos profissionais de saúde.
236
Educação & Interação Social
Nessa abordagem, ressalta-se a complexidade de que as significações fazem parte e a
multiplicidade de sentidos construídos, em função das relações estabelecidas, dos contextos de que
se participa, de eventos que marcam o processo. A informação, nessa perspectiva, não se mostra
como simples noção de transmissão linear de um conteúdo que seria captado e aprendido pelo
ouvinte.
Assim, tendo em vista que a apreensão dos conteúdos informativos pode ser múltipla
para diferentes famílias e, mesmo, para a mesma pessoa em diferentes condições, destaca-se que a
preocupação não deve se centrar em limitar essa multiplicidade, em desfazer as crenças que os pais
têm ou concentrar esforços para desmistificá-las. Mas sim, preocupar-se e esforçar-se para criar e
garantir espaços em que essa multiplicidade possa ser verbalizada, trabalhada, discutida, negociada
e, ainda, que os possíveis desencontros entre os conteúdos informativos e as significações a partir
deles construídas, possam ser esclarecidos e revistos.
Em função disso, ressalta-se a importância de espaços de (re)(co)construção de
informações, a fim de favorecer a revisão de significações múltiplas/contraditórias, com o
esclarecimento de possíveis dúvidas e a possibilidade de (re)(des)integrar significações.
Outro ponto importante é atentar-se para as significações construídas não apenas pelos
pais e pacientes, mas também pelos próprios profissionais da saúde que se relacionam e interagem
com estes pais. Da mesma maneira que as significações construídas pelos pais permeiam suas
atitudes e seus modos de lidar com o filho com epilepsia, com a doença, com os outros e mesmo
com os profissionais, estes últimos também têm suas atitudes permeadas pelas significações que
(co)constroem nas suas diversas relações com os pacientes, com outros profissionais, familiares e na
relação com a própria doença e trabalho que desempenha no serviço.
No dialogismo das relações, os significados que são construídos a respeito do outro
levam a circunscrever as possibilidades de interações que serão estabelecidas com este outro - o
quanto se acredita que ele está disposto ao tratamento indicado?!; se e como o paciente entende
aquilo que lhe é falado?; se e o quanto é produtivo informá-lo quanto a determinados assuntos?
Assim, com base nas significações construídas cerceiam-se e/ou ampliam-se relações, constroem-se
relações mais ou menos produtivas no sentido da comunicação e negociação de conteúdos
informativos que podem ser importantes no entendimento da doença, dos percursos do
tratamento e da própria adesão ao mesmo.
Finalmente, atentar-se à construção de informações e às relações estabelecidas entre
pacientes, pais e profissionais de saúde pode ser interessante para além da epilepsia, considerando
essas questões mesmo em outras doenças, outros contextos de saúde/outras pessoas, podendo vir a
colaborar para que se (re)pensem as práticas discursivas, os contextos de tratamento e as próprias
relações enquanto produtores de significados favorecedores ou dificultantes frente aos objetivos
pretendidos.
237
Neurociências
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Agradecimentos
Queremos agradecer aos financiamentos recebidos: ao CNPq pela bolsa de Iniciação
Científica e à FAPESP pelo apoio ao projeto na área de epilepsia. Queremos também agradecer à
família de Karen que aceitou participar dessa pesquisa, compartilhando suas significações
relacionadas ao processo de epilepsia da filha, ao longo do processo de avaliação da criança.
Agradecemos, ainda, ao serviço de epilepsia que criou todas as condições para a realização do
estudo. Finalmente, agradecemos aos comentários, sugestões e apoio da Profa. Dra. Maria Clotilde
Rossetti-Ferreira e da doutoranda Ticiana Melo de Sá Roriz.
240
Educação & Interação Social
A EPILEPSIA NA REDE REGULAR DE ENSINO: DIVERSIDADE E SAÚDE COMO OBJETOS DE
REFLEXÃO E DEBATE NA FORMAÇÃO DO PROFESSOR E NA PRÁTICA EDUCATIVA
Suselei Affonso1
1. Introdução
A instituição escolar tem como principal finalidade oferecer uma educação de qualidade,
garantindo o acesso e permanência e sucesso escolar de todas as crianças no sistema de ensino. Esse
processo educativo de qualidade exigido pela atual contexto social pode ser traduzido por uma
prática educativa adequada às necessidades sociais, políticas, econômicas e culturais da realidade
brasileira, que considere os interesses e as motivações dos alunos e alunas, e que garanta, através
de um conjunto de práticas planejadas, a apropriação dos conteúdos, conhecimentos e bens
culturais exigidos pela sociedade contemporânea, de maneira crítica e construtiva, contribuindo
para a formação de cidadãos capazes de atuar com competência e dignidade na sociedade (1).
Embora o sistema de ensino busque a inclusão de todas as crianças no processo
educativo, nem sempre a escola tem conseguido efetivamente criar contextos educacionais que
respeitem a diversidade de características e necessidades de aprendizagem encontrada nas salas de
aula e permitam a apropriação de saberes e o desenvolvimento social, afetivo e cognitivo de todos
os alunos, sem recorrer a modalidades especiais de ensino que gerem discriminação e exclusão(2).
Essa dificuldade dos profissionais da escola em desenvolver um trabalho educativo
verdadeiramente inclusivo em situações de diversidade pode ser observado em relação ao trabalho
educativo realizado com as crianças portadoras da epilepsia (3, 4, 5).
A epilepsia é uma condição neurológica crônica, que possui alta prevalência em crianças
(6) e cujo diagnóstico revela dificuldades nas áreas física, psicológica e social. Essas dificuldades
podem surgir em função da própria doença, em decorrência das medicações utilizadas ou crises, ou
ainda em virtude do preconceito e estigmatização sofridas por essas crianças nas relações sociais
(7).
Os portadores de epilepsia têm sofrido na escola prejuízos sociais e cognitivos, seja em
função do preconceito e das restrições sociais a que são submetidos, seja em função da falta de
preparo dos profissionais da educação em trabalhar adequadamente com essas crianças.
Considerando o grande número de casos de crianças e adolescentes portadores de epilepsia
presentes no ambiente escolar brasileiro, e a insuficiência de informações sobre essa enfermidade e
sobre suas formas de tratamento e convivência, consideramos importante realizar algumas
discussões a respeito da importância da incorporação da temática da epilepsia em projetos
educacionais tanto no âmbito da formação dos profissionais da educação, permitindo a obtenção
de informações e esclarecimento a respeito da enfermidade, e possibilidades de condução do
trabalho pedagógico, como no âmbito da convivência entre os estudantes, promovendo a
reflexão e discussão dessa temática nas atividades cotidianas, sensibilizando-os para a
estigmatização vivenciada pelos portadores da doença, permitindo a superação das crenças
inadequadas e preconceitos.
2. A epilepsia e a escola
Vários estudos indicam que mais da metade dos portadores de epilepsia iniciam suas
crises ainda na infância e adolescência (6, 8). Isso significa que existe uma grande possibilidade que
as convulsões sofridas pelas crianças e jovens aconteçam em um ambiente social como a escola,que
na maioria dos casos encontra-se despreparada para lidar com os sintomas da doença.
A falta de informações para a prestação de assistência adequada nos momentos de crise e
para o oferecimento de apoio necessário nos processos de ensino-aprendizagem,levam a escola a
adotar procedimentos nem sempre adequados, fazendo com que os portadores da epilepsia,
além de sofrer com os problemas neurológicos causados pela doença, tenham ainda que
Endereço para correspondência: Suselei Aparecida Bedin Affonso - e-mail: [email protected] - Rua Álvaro
Bosco, 95 ap.11B, CEP 13087-723 - Campinas-SP
1
241
Neurociências
enfrentar, no decorrer de sua vida, um obstáculo difícil de transpor: o de ser socialmente e
academicamente estigmatizada
Pesquisas recentes realizadas por Simionato (4) e Fernandes (9) com professores a
respeito das atitudes pessoais e conhecimento geral sobre a epilepsia.evidenciam uma alta taxa de
desinformaçäo em relação às atitudes adequadas a serem tomadas diante de pessoa que esteja
apresentando convulsão e, também, quanto ao conceito e à etiologia das epilepsias (4). Mesmo
nos casos em que os professores demonstram ter um pouco mais de conhecimento sobre a doença,
ainda existem algumas lacunas (9) e percebe-se grande preocupação por parte dos docentes em
relação a melhor forma de lidar com a doença e medo de não saber agir diante de crises
Além disso, segundo Rosa (3), a epilepsia na idade escolar, aumenta as exigências de
atenção e cuidados quanto ao atendimento das crianças em suas necessidades básicas. Nas crianças
afetadas pelo quadro epiléptico, aumentam as necessidades de sono, de segurança, de apoio
afetivo, de apoio nos processos de aprendizagem, dentre outras. Isto faz com que, no ambiente
escolar exijam atenção mais constante de professores. Essas necessidades básicas poderão estar
afetadas em níveis de intensidades diferenciadas. Neste sentido cabe apontar no mínimo três
situações: de pré-crise, de crise e pós-crise, que por sua vez, exigirão de professores, habilidades e
informações diferenciadas para lidar com cada situação (3).
A ausência de informações a respeito das necessidades pedagógicas específicas da criança
com epilepsia contribui para a construção de expectativas equivocadas por parte dos docentes
acerca do desempenho escolar do aluno. Assim, muitas crianças acabam apresentando dificuldades
de interação e aprendizagem que são decorrentes não apenas da própria epilepsi, mas de fatores
psicológicos como baixa expectativa de professores, qualidade do ensino oferecido, baixa auto
estima da criança, rejeição de professores (5).
Outra questão importante é que a falta de informações que permitam tomar decisões
pedagógicas mais adequadas, o medo de serem surpreendidos pelas crises convulsivas, a crença de
que essas crianças são mais frágeis e muitas vezes a falta de colaboração da família em informar a
escola sobre o problema da criança, por medo da discriminação e de prováveis prejuízos, podem
contribuir para que os professores desejem transferir as responsabilidades pela saúde e
aprendizagem da criança portadora de epilepsia a outros profissionais ou recomendem essas
crianças para atendimento em educação ou classe especial (3, 9, 10).
Essa idéia de necessidade um atendimento educacional especializado parece também se
compartilhada pelas famílias. Em pesquisa realizada por Rosa(3). acerca das dificuldades percebidas
pelas famílias no atendimento das necessidades de crianças com epilepsia, os pais relatam a
percepção de uma falta de atendimento adequado às necessidades de auxilio aos filhos no
momento de crise por parte de seus professores, bem como em relação aos procedimentos
educacionais.Por outro lado, as vezes a própria família restringe a vida social da criança por tratála com superproteção, permissividade ou dependência, por medo do desencadeamento de crises
(11, 12). Seja por não acreditar que a escola esteja preparada para lidar com seus filho seja por
tratar. as crianças com superproteção ou dependência, estas percepções contribuem muitas vezes
para a evasão da criança com epilepsia do ensino regular
3. Respeito à Diversidade e Saúde como objetos de reflexão e debate
O prejuízo sofrido pelos portadores de epilepsia na escola, seja em função do
preconceito e das restrições sociais a que são submetidas, seja em função da falta de preparo dos
profissionais da educação em trabalhar adequadamente com essas crianças, do ponto de vista
social e acadêmico, pode ser minimizado através da promoção de ações educativas voltadas para
no ambiente escolar que incorporem a temática da epilepsia, em projetos educacionais que
permitam o trabalho tanto no âmbito dos conhecimentos relacionados ao campo das ciências e da
saúde,quanto no campo ético, do respeito a diversidade, abordando as diferenças humanas e o
preconceito vivido pelas pessoas que sofrem de epilepsia
Na perspectiva da formação continuada de professores é indiscutível a necessidade da
importância da divulgação ampla dos conhecimentos atuais sobre epilepsia, no sentido de criar
atitudes favoráveis aos epilépticos no ambiente escolar, atacando o preconceito e expectativas
infundadas e oferecendo informações para que os professores possam compreender a natureza do
242
Educação & Interação Social
problema de seus alunos, encorajá-los e assistí-los durante o período de aprendizagem (12).
possibilitando que o epiléptico tenha uma vida escolar normal.
Para que isso possa acontecer, é indispensável que os professores sejam esclarecidos sobre
o problema, para que possam agir adequadamente. Um professor desavisado pode, em presença
de uma crise, adotar atitudes desastrosas para com o estudante, não só na maneira de lidar com
ele como também no modo de agir junto aos demais alunos.
Daí a necessidade de um espaço, de formação continuada que propicie uma aproximação
com os saberes dos professores e ofereça condições para que os próprios professores possam testar
novas possibilidades, enriquecendo suas capacidades de reflexão sobre a intencionalidade de suas
ações e de estabelecimento de relações dialéticas entre teorias e prática, o que pode sem dúvida
contribuir para a melhoria da qualidade de seu trabalho pedagógico. A proposta de Aprendizagem
Baseada em Problemas e por Projetos (13) adota como princípio o papel ativo dos professores na
construção do conhecimento. Nessa concepção, trabalhando em pequenos grupos e
coletivamente, os professores poderão ter oportunidade de construir novos conhecimentos e obter
informações relevantes a partir de atividades de pesquisa e estudos, voltadas para a resolução de
problemas complexos, práticos e cotidianos, relacionados à realidade das práticas docentes e das
instituições educativas em que atuam.
Mais capacitados e com mais informações e recursos, esses professores estarão aptos
também, não apenas a se relacionar melhor e a realizar um trabalho pedagógico mais adequado
com as crianças com epilepsia, mas também para promover a construção de uma comunidade bem
informada e mais tolerante para lidar com as diferenças.Assim, na perspectiva da convivência com
os alunos faz-se necessário que o processo educativo possibilite o acesso aos conhecimentos e bens
culturais exigidos pela sociedade contemporânea, elegendo como objeto de ensino, conteúdos que
favoreçam a inserção do alunos em um universo cultural maior, promovendo estratégias e ações
que possibilitem seu desenvolvimento, sem deixar porém de contemplar, ao mesmo tempo, um
trabalho formativo, pautado em valores éticos, visando a construção de competências que lhes
permitam lidar com a diversidade humana e com os conflitos de idéias presentes nas relações
cotidianas, superando as exclusões e os preconceitos. Também faz parte da conquista da cidadania,
aprender a respeitar a diversidade, agir com solidariedade, responsabilidade e justiça (14).
Esses valores e atitudes começam a ser construídos desde cedo pelas crianças e jovens e a
escola, como espaço de formação, não pode, portanto, abrir mão de trazer para a sala de aula
temas, conflitos e preocupações sociais concretas do cotidiano para que devidamente inseridos no
processo educativo de formação e instrução das futuras gerações possam discutidos a partir de uma
perspectiva ética, trabalhando intencionalmente para proporcionar exemplos, vivências,
convivência e reflexões que possibilitem avanços na construção da cidadania.
Pensamos que esse trabalho pode ser desenvolvido a partir de duas frentes. A primeira
consiste em incorporar o estudo sistematizado de conteúdos referentes à saúde e respeito à
diversidade, ao cotidiano das escolas, encarando-os como objetos de conhecimento, trazendo-os
como tema transversal, cujos conteúdos podem ser introduzidos no trabalho educativo,
perpassando os conteúdos de matemática, de língua, de ciências, artes e outros. Assim, o princípio
proposto é de que tais conteúdos sejam trabalhados na forma de projetos que incorporem, de
maneira transversal e interdisciplinar, os conteúdos tradicionais da escola e aqueles relacionados à
dimensões éticas. Outra frente de trabalho consiste em permitir que as situações e os conflitos reais
do cotidiano da escola, vivenciadas pelos alunos, envolvendo questões de saúde, éticas e de
convivência possam ser transformados em instrumentos de discussão coletiva, através da
construção de um espaço autônomo de reflexão e ação, que permita aos alunos e alunas
enfrentarem os conflitos pessoais e sociais.
Finalizo esse texto, enfatizando a importância da escola e sua equipe educativa aceitarem
o desafio de promover o trabalho com a igualdade de oportunidades entre os alunos,
transformando as diferenças entre os alunos em fator positivo no cotidiano da sala de aula,
conforme nos instiga a fala provocativa, de Boaventura Souza Santos (15): “temos o direito a ser
iguais quando a diferença nos inferioriza; temos o direito a sermos diferentes quando a igualdade
nos descaracteriza”.
243
Neurociências
Referências Bibliográficas
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Introdução aos PCNs. Vol I. Brasília: MEC/SEF, 1998, p 22
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244
Nacionais:
Educação & Interação Social
NEUROCIÊNCIAS E COMUNICAÇÃO CIENTÍFICA
Nereide Cerqueira; Sabine Righetti; Carlos Vogt1; Li Li Min
1. Introdução
Os avanços do conhecimento, nos últimos anos, na área da neurociência têm modificado,
progressiva e profundamente, os cenários que se desenharam ao longo do século XX, em
decorrência da possibilidade de uso de técnicas e métodos que envolvem desde a genética
molecular até a sofisticação de imagens do cérebro humano in vivo. A neurociência, de modo
geral, visa a compreensão da dinâmica do cérebro e de suas conexões com as funções psíquicas,
tanto em estado de normalidade como em estados patológicos. Pela riqueza dos fenômenos
envolvidos e pela complexidade de seu objeto de estudo, entende-se que a neurociência se
caracteriza, cada vez mais, como campo do conhecimento eminentemente multidisciplinar e,
operacionalmente, multi-institucional.
No Brasil, vários grupos de pesquisa se destacam e algumas iniciativas de programas
agregadores têm sido tomadas, como o programa de Cooperação Interinstitucional de Apoio à
Pesquisa sobre o Cérebro, o CInAPCe. O programa promove o desenvolvimento de pesquisas em
neurociências e forma uma rede de cooperação entre diversos grupos de pesquisa no Estado de
São Paulo. Apoiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), é
composto por diversos departamentos e laboratórios da Universidade Estadual de Campinas
(Unicamp), Universidade de São Paulo (USP) – campi de São Paulo, Ribeirão Preto e São Carlos,
Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa, vinculado ao
Hospital Albert Einstein (1).
O programa apóia projetos de pesquisa que enfocam o estudo da epilepsia, devido à
importância da doença como problema médico e psico-social, à atualidade científica e à existência
de um número expressivo de diferentes grupos de pesquisa com competência na área. A infraestrutura adequada para a pesquisa conta com equipamentos de alta tecnologia, como a
ressonância magnética de alto campo, magnetoeletroencefalografia e tomografia por emissão de
pósitrons (2).
Trata-se, pois, de uma iniciativa para integrar o Brasil nos grandes movimentos
internacionais para tratamento da doença e que envolve, além dos aspectos assistenciais de saúde,
de metodologias de diagnóstico, de técnicas de abordagem terapêutica, de formas de apoio
psicológico e social, pesquisas científicas fundamentais em vários campos do conhecimento e o uso
de tecnologias avançadas para compreensão dos mecanismos de funcionamento do cérebro
humano, criando, por interação necessária, áreas epistemológicas que se cruzam, convivem e se
complementam, como a física, a biologia, a medicina, as ciências sociais e as tecnologias de
informação (3,4).
Neste contexto efervescente de avanços significativos na disciplina, os debates sobre a
neurociência chegam agora a um campo complexo e multidisciplinar: a comunicação da ciência.
Como nunca aconteceu em toda a história, fala-se em comunicação científica e tecnológica e
governos nacionais ou regionais têm apoiado a criação de programas específicos na área e as
atividades no campo da cultura científica e tecnológica.
Alguns teóricos da comunicação científica arriscam a afirmação de que não há ciência sem
a sua divulgação. Para Ziman (1984) (5), o princípio basilar da ciência acadêmica é que os
resultados da pesquisa devem ser públicos: “Qualquer coisa que os cientistas pensam ou digam
como indivíduos, suas descobertas não podem ser consideradas como pertencentes ao
conhecimento científico se não forem relatadas e gravadas de forma permanente. A instituição
fundamental da ciência é, então, o sistema de comunicação” (5).
Hoje, a comunicação pública da ciência desempenha um papel central nas sociedades
democráticas no sentido tanto de disseminar conhecimento e formar cidadãos, quanto de suprir
uma necessidade da própria ciência, já que a própria carreira científica e o financiamento das
Endereço para correspondência: Carlos Vogt - e-mail: [email protected] - Labjor/Unicamp: Prédio da Reitoria V,
3º piso, CEP 13083-970, Campinas-SP
1
245
Neurociências
pesquisas são atividades ligadas, em parte, à própria necessidade de se comunicar. Nesse contexto,
a divulgação científica do programa CInAPCe visa a difusão das pesquisas realizadas, que abordam
temas relacionados à neurociência e à epilepsia, para informar a sociedade sobre desenvolvimento
e os resultados obtidos pelo programa, de relevância científica, tecnológica e social.
2. Comunicação da ciência e da tecnologia
O interesse dos cientistas na comunicação científica começou na Europa da década de
1970, com o objetivo inicial de conscientizar a população sobre a importância produção científica
– visto que grande parte da ciência é feita com recursos públicos. Desde então, têm sido
elaborados conceitos e estratégias de divulgação científica por meio de uma linguagem menos
codificada, com a preocupação de trazer para a sociedade uma compreensão crítica das questões
da ciência.
É possível caracterizar diferentes modelos que buscam explicar as relações entre a ciência
e a sociedade. De maneira geral, há duas grandes tendências: i) os modelos que propõem
processos de comunicação em uma única via, desde os cientistas até a sociedade, nos quais a chave
é a disseminação da informação – como o modelo de déficit e o modelo contextual e ii) os
modelos que propõem processos dialógicos de comunicação, nos quais a participação e a postura
ativa do público são o foco de atenção, ou seja, compreendem que a comunicação entre ciência e
sociedade não é uma via de mão única, mas sim que a sociedade tem um papel determinante nos
rumos da ciência – como o modelo de experiência leiga e o modelo de participação pública (6).
O modelo de déficit é caracterizado por considerar os cientistas como detentores do
conhecimento e o público como “ignorantes” dos acontecimentos importantes da ciência e
tecnologia (C&T). A comunicação de C&T para o “público leigo” é, então, uma operação de
simplificação em que, no caminho entre a ciência e as pessoas, muita informação é sacrificada ou
perdida, por causa da banalização operada pelo comunicador ou por uma parcial incompreensão
devido às falhas culturais do receptor (7).
A imagem do jornalista científico (ou do divulgador) como um simplificador e
transmissor da luz do conhecimento científico para um público que não sabe e não entende
predominou até a década de 1980, tanto entre jornalistas e divulgadores, quanto entre os
cientistas (7). Hoje, esse modelo de déficit está sendo substituído por uma visão mais democrática
do papel da divulgação científica, em que não só cabe à divulgação científica levar a informação,
mas também atuar de modo a produzir condições de formação crítica do cidadão relativamente
aos fatos da ciência. Não só relativamente à aquisição de conhecimento e de informação, mas
também quanto ao papel da ciência e de sua função na sociedade, à questão das tomadas de
decisão, aos fomentos, aos destinos da ciência e às prioridades dadas às pesquisas.
Hoje, algumas decisões relevantes para a vida profissional e para o trabalho dos cientistas
são tomadas com a participação de diferentes sujeitos, nem todos cientistas ou especialistas: são
políticos, burocratas, empresários, militares, religiosos, movimentos sociais, consumidores e
associações de pacientes que pedem, e frequentemente obtêm, o direito e a legitimidade para
participar de decisões relevantes para o desenvolvimento da ciência. Os cientistas, às vezes com
relutância, estão cada vez mais precisando aprender como sair de seus laboratórios e de suas
universidade para se comunicarem com grupos sociais variados (8).
Em 1985, o Relatório Bodmer, publicado no Reino Unido, criou o conceito de public
understanding of science, ou seja, a compreensão pública da ciência (9). O public understanding of
science, como o nome diz, é a compreensão de fatos científicos, idéias e diretrizes, combinados
com o conhecimento de seus impactos na vida pessoal, social e econômica da comunidade2. Outro
conceito, o public awareness of science (consciência pública da ciência – e de sua importância)
relaciona-se com intenções e atitudes comportamentais relacionadas aos fatos científicos, com
Antes da criação do public understanding of science pelo Reino Unido, os pesquisadores norte-americanos já
utilizavam a idéia de scientific literacy (“alfabetização” científica). De acordo com esse conceito, é necessário
alfabetizar cientificamente a população “ignorante” para que ela possa conhecer e entender as definições e os
processos científicos e, assim, participar das tomadas de decisão científica. Essa idéia ainda é usada em algumas
pesquisas de percepção pública da ciência, que buscam medir a alfabetização científica de uma determinada
população por meio, por exemplo, de perguntas relacionadas à ciência.
2
246
Educação & Interação Social
significados na vida pessoal, social e econômica. Em ambos os casos, o que está sendo enfatizado
não é só a possibilidade de acesso à informação, mas a formação do cidadão para que ele possa
ter opiniões e uma visão crítica de todo o processo envolvido na produção do conhecimento
científico com sua circulação.
A expressão cultura científica parece mais adequada, pois engloba tudo isso e também a
visão da ciência como formadora da cultura – seja do ponto de vista da sua produção, da sua
difusão entre os pares ou na dinâmica social do ensino e da educação, bem como da sua
divulgação na sociedade para o estabelecimento das relações críticas necessárias entre o cidadão e
os valores culturais de seu tempo e de sua história (10).
Esse conceito está presente nos grandes projetos institucionais que caracterizam as
atividades científicas do mundo. No caso do CInAPCe, que é um programa de pesquisa forte,
altamente compartimentada mas ao mesmo tempo multidisciplinar, há toda uma atividade que se
relaciona fortemente com a interação social desse conhecimento e as relações que se produzem. É
um projeto que se propõe à pesquisa e à produção de conhecimento, mas também à circulação de
conhecimento, tanto pelo ensino e pela difusão aos pares, como pela sua divulgação.
O modelo intitulado de Espiral da Cultura Científica é uma representação metafórica de
um movimento espiralado, que parte de um ponto do eixo horizontal para desenhar quatro
quadrantes: o primeiro, da produção científica, em que os cientistas são seus pares num processo
que inclui meios de divulgação como congressos, revistas e livros; o segundo, envolvendo o ensino
da ciência nas universidades e escolas; o terceiro, com museus, feiras e outros eventos de
mobilização de crianças, jovens e adultos em torno do tema científico; e o quarto quadrante, que
é o da divulgação científica, com o objetivo de informar e formar a sociedade (10) (figura 1).
Figura 1 - A espiral da Cultura Científica
Fonte: Vogt (2005).
3. Percepção pública das neurociências e da epilepsia
A medição da percepção social da ciência já tem uma tradição nos países desenvolvidos e
data do mesmo período em que os cientistas começaram a despertar para a comunicação científica
- década de 1970 -, quando o interesse pelas percepções e atitudes públicas diante da ciência e da
tecnologia foi impulsionado pelos movimentos sociais críticos do desenvolvimento científicotecnológico, iniciados logo após a Segunda Guerra Mundial e intensificados na década de 1960.
Em boa medida, a Sociologia do Conhecimento assumiu a Sociologia da Ciência como objeto de
247
Neurociências
estudo legítimo, mostrando a importância e a multiplicidade das relações entre ciência, tecnologia
e outras instituições sociais (5,11).
A compreensão ou percepção pública da ciência e da cultura científica em uma
determinada localidade ou região tem sido mensurada de algumas maneiras, dentre elas, a
metodologia de enquetes (surveys3), cujas perguntas buscam abarcar como as pessoas se
interessam, conhecem e se apropriam da ciência e da tecnologia. Aplicados a um público amplo
em diferentes países, os resultados de um survey sobre percepção pública da ciência são um valioso
insumo para a formulação de políticas públicas para C&T.
No Brasil, a primeira pesquisa elaborada exclusivamente com o propósito de constituir
indicadores e referências na área de C&T foi realizada em 1987, por solicitação do CNPq, através
do Museu de Astronomia e Ciências Afins (MAST). A falta de continuidade e de planejamento
desse tipo de estudos impediu que a pesquisa tivesse uma evolução e chegasse a produzir
indicadores e reflexões teóricas sobre o assunto.
Contando agora o país com um departamento de Popularização e Difusão da C&T,
vinculado à Secretaria de Ciência e Tecnologia para Inclusão Social do MCT, foi realizada em 2006
uma nova pesquisa nacional, com mais de duas mil pessoas, sobre a percepção do brasileiro
quanto à C&T (12). As pessoas, cada vez mais, têm se mostrado interessadas por temas de ciência e
tecnologia: 41% dos brasileiros demonstraram “muito interesse" por temas ligados à C&T. O
número chegou perto do tema “esportes” (47% dos entrevistados) e ganhou de assuntos como
“política” (20%).
Desde 2003, o Laboratório de Estudos Avançados em Jornalismo (Labjor), da Unicamp,
tem participado de estudos de percepção pública da ciência, introduzindo o estado de São Paulo
em uma ampla rede de pesquisa na área, com o apoio da Fapesp, conduzida pela Rede IberoAmericana de Indicadores de Ciência e Tecnologia (RICYT), pela Organização dos Estados IberoAmericanos (OEI) e, a partir de 2007, também pela Fundação Espanhola de Ciência e Tecnologia
(FECYT)4. Esses estudos seguem padrões metodológicos internacionais já consolidados, permitindo
comparabilidade internacional, e estabelecem um recorte amostral na população a partir de 16
anos.
Trabalhos de percepção pública da ciência com foco nas neurociências já têm sido
desenvolvidos com jovens estudantes do ensino médio. Durante o Programa Ciência e Arte nas
Férias5 de 2007, da Unicamp, voltado para jovens do ensino médio público, a ASPE (Assistência à
Saúde de Pacientes com Epilepsia) realizou a aplicação de um questionário anônimo com questões
abertas para verificar o grau de conhecimento dos alunos sobre neurociências. O questionário foi
aplicado antes e depois do curso Como o cérebro funciona, que abordou a definição, causas,
tratamentos e temáticas correlatas da epilepsia. Os resultados apontaram que, antes do curso,
37,4% dos alunos disseram já ter ouvido falar sobre neurociências. Após a realização o curso,
85,5% dos alunos mostraram-se dispostos a buscar mais conhecimento sobre o assunto6.
Recentemente, tem-se percebido e levado à tona a importância da inclusão de jovens nas
pesquisas de percepção pública da ciência, dado que o entendimento que tais indivíduos têm sobre
a ciência e a tecnologia na juventude pode ser um fator determinante, por exemplo, na opção ou
não pela carreira acadêmica e científica. Embora sejam inúmeras as razões em favor da divulgação
das ciências e das tecnologias, nota-se um significativo declínio em geral do número de alunos
matriculados nas carreiras científicas das universidades. A falta de adaptação do ensino científico
não basta para explicar esse paradoxo.
Os surveys foram legitimados como instrumento para pesquisadores e profissionais da esfera pública conhecerem
as principais tendências de opinião e também do comportamento geral, constituindo-se assim, em um dos
principais canais de conhecimento sobre valores e atitudes, além de aspectos específicos sobre a C&T.
4 Os resultados desses estudos podem ser conferidos em: Vogt, C; Polino, C. (org.) Percepção pública da ciência Resultados da pesquisa na Argentina, Brasil, Espanha e Uruguai. Campinas: Unicamp – Fapesp. 187p. 2003 e na
segunda edição dos Indicadores de Ciência, Tecnologia e Inovação em São Paulo (2005).
5 O Programa Ciência e Arte nas Férias integra o calendário anual da Pró-Reitoria de Pesquisa da Unicamp com o
objetivo de possibilitar a alunos de escolas públicas a realização de um estágio teórico-prático na universidade e de
manter atividades com grupos de pesquisa durante o mês de férias escolares de verão.
6 Entre as respostas do questionário pré-curso respondido pelos estudantes do ensino médio consultados pelos
pesquisadores responsáveis pelo trabalho, tem-se: “As neurociências são algo que mexe com o cérebro e estuda
doenças”.
3
248
Educação & Interação Social
Assim, dando continuidade ao trabalho desenvolvido na ASPE, o Labjor, em parceria
com o programa CInAPCe, está iniciando um novo survey de percepção pública da ciência, a ser
realizado com jovens do ensino médio. Serão realizadas questões que abordem a temática das
neurociências, mais especificamente da epilepsia.
4. A ciência nos meios de comunicação
Entendendo a ciência inserida em um contexto amplo – a cultura científica – nota-se que
os assuntos científicos não estão presentes somente nas matérias jornalísticas das editorias de
ciência, mas, por exemplo, nas cartas de leitores que, mesmo não divulgando nem explicando
assuntos de neurociências, expressam suas opiniões, valores, crenças a respeito de temas
importantes em que a ciência entra na vida política e social do país. A ciência está também nas
páginas opinativas do jornal, em colunas econômicas ou nos artigos políticos, sobre decisões
estratégicas no setor de inovação tecnológica ou política energética.
A distribuição da ciência além das editorias específicas pode ser notada nas figuras 2 e 3,
cujos dados foram extraídos do projeto SAPO (Scientific Automatic Press Observser), em
desenvolvimento no Labjor7. Na amostra do estudo, que engloba os dois principais jornais diários
do país em termos de circulação, Folha de S. Paulo e O Estado de S. Paulo, no ano de 2006, notase que 44% do conteúdo de ciência desses jornais está explicitamente nas editorias de ciência, vida
e meio ambiente (figura 2). O restante de conteúdo científico dispostos nos jornais está distribuído
nas demais editorias (8).
Em uma análise específica da distribuição do conteúdo total de ciência nas seções dos dois
jornais analisados, verifica-se que a editoria de ciência do jornal O Estado de S. Paulo
(denominada &Vida) concentra 24% do conteúdo científico publicado. Em seguida, o caderno
Cotidiano, da Folha de S. Paulo, reúne 12% da ciência publicada nos jornais. A editoria de ciência
da Folha de S. Paulo, por sua vez, concentra quase o mesmo conteúdo científico (11% do total)
que a seção Opinião do mesmo jornal (10%) (8) (figura 3).
Figura 2 - Distribuição da C&T na mídia do Brasil – grandes áreas
Fonte: Projeto SAPO (Scientific Automatic Press Observser) – Labjor/Unicamp.
7 O Projeto Scientific Automatic Press Observser – SAPO – tem base em um software que funciona como sistema de
coleta, seleção, organização e mensuração da presença e do impacto da ciência, tecnologia e inovação na mídia.
Pelo sistema, há um grupo de palavras relacionadas a assuntos científicos, cada uma com uma determinada
pontuação, e o conjunto dessas palavras-chave, no corpo do texto jornalístico, resulta em uma pontuação que
define se o texto é, pode ser (e, nesse caso, o texto vai para uma base de verificação humana) ou não é de
conteúdo científico. O SAPO já se mostra um instrumento bastante valioso para a reflexão e pesquisa sobre o
quanto e como ciência, tecnologia e inovação aparecem na mídia impressa, inclusive com recortes temáticos
específicos - é possível, por exemplo, verificar pelo SAPO o quanto as neurociências freqüentam os meios de
comunicação (8).
249
N
Neurociência
as
Esportes (EST)
3%
Internacional (E
EST)
3%
Ilustrada (F
FSP)
2%
Opinião
O
(FSP)
3%
Mais (FSP)
2%
Ou
utros
10
0%
Política (ES
ST)
3%
Equilíbrio (F
FSP)
3%
Mu
undo (FSP)
3%
& VID
DA (EST)
2
24%
Dinheiro (FSP)
3%
Cidades (EST)
4%
Cotidiano (F
FSP)
12%
Caderno 2 (EST)
4%
Agrícola (EST)
5%
Economia (EST)
6%
Ciência (FSP)
11%
Figura 3 - Distribuiçãão da C&T na mídia do Brasil – áreas específicas
Fonte: Projeto SAPO
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8
250
Educação & Interação Social
Tabela 1 - Institucionalização da ciência e da divulgação científica no Brasil
1934
1947
1948
1949
1951
1951
1956
1962
1963
1966
1974
1976
1977
1982
1985
1987
1989
1990
1991
1994
1995
1996
1998
1999
1999
1999
2000
2002
2003
2004
2007
2007
Universidade de São Paulo - USP
Primeira coluna de ciência de José Reis, na Folha de S. Paulo
Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência - SBPC
Revista Ciência e Cultura (SBPC)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Capes
Conselho Nacional de Pesquisas (atual Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico) - CNPq
Universidade Federal de São Paulo - Unifesp
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Fapesp
Ciência em Dia, seção de ciência no jornal O Estado de S. Paulo
Universidade Estadual de Campinas - Unicamp
Transformação do CNPq no Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico
Universidade Estadual de São Paulo – Unesp
As revistas Veja e Visão e os jornais Folha de S. Paulo e O Estado de S. Paulo criam
editorias de ciência
Revista Ciência Hoje (SBPC)
Ministério da Ciência e Tecnologia - MCT
Revista Superinteressante (Editora Abril)
Revista Brasileira de Tecnologia – CNPq
Seções de Ciência em jornais e revistas
Revista Galileu (Editora Globo)
Laboratório de Estudos Avançados em Jornalismo (Labjor)
Notícias Fapesp
Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia (MCT)
Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa Albert Einstein
Programa MídiaCiência (Fapesp)
Revista Pesquisa Fapesp
Revista eletrônica ComCiência (Labjor)
Rede Nacional do Projeto Genoma Brasileiro
Scientific American Brasil
Agência Fapesp – boletins eletrônicos diários
Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
Programa CInAPCe
Portal virtual CInAPCe
Adaptado de Vogt, 2005.
O processo de institucionalização da ciência e a inserção do tema nos meios de
comunicação resultaram em uma necessidade, até então abafada, de capacitação de jornalistas
para lidar com o tema, o que será abordado a seguir.
5. Capacitação dos profissionais de comunicação
Na medida em que a ciência ganha espaço nos meios de comunicação, a capacitação de
jornalistas para lidar com esse tema torna-se cada vez mais importante. No contexto da
institucionalização da divulgação científica dentro do programa CInAPCe, destaca-se o trabalho do
Labjor, criado em 1994 (como mostra a tabela apresentada anteriormente).
Desde 1999, o Labjor oferece o curso de Especialização em Jornalismo Científico lato
sensu com o objetivo de formar competências nas áreas de jornalismo científico e de crítica da
mídia, fornecer estímulo, recursos humanos e instrumentais para o acompanhamento das
mudanças na mídia impressa e eletrônica, e contribuir para uma reflexão crítica sobre a ciência
produzida no país.
251
Neurociências
Esse curso tem se mostrado como um importante elemento para a consolidação de uma
cultura científica significativa: de acordo com uma pesquisa recente realizada pelo laboratório com
114 dos 236 ex-alunos, por meio de questionários enviados por e-mail, observou-se que 52% dos
ex-alunos prosseguiram os estudos em comunicação científica, 65,5% trabalharam na área de
divulgação de ciência depois do curso e 62% trabalham atualmente em comunicação de ciência9. É
importante destacar que boa parte dos alunos deslocou-se de outras cidades e estados para fazer o
curso e retornou quando o curso terminou, levando e transferindo conhecimento.
Desde 2007, o Labjor oferece também o Mestrado em Divulgação Científica e Cultural,
visando contribuir para que os estudantes sejam capazes de compreender a função social da ciência
e da cultura do país, para que haja uma divulgação mais eficiente de sua produção. E em uma
nova atividade, o Labjor, em parceria com o departamento de Neurociências da Faculdade de
Ciências Médicas (FCM) da Unicamp, passa a oferecer o curso de Divulgação Científica e Saúde:
Neurociências, cuja primeira turma será em 2009 e 2010. O curso tem o objetivo de formar
profissionais que tenham uma visão global sobre a divulgação científica na área da saúde,
enfatizando as neurociências e a relação com o sistema de ciência e tecnologia.
A dinâmica do curso prevê a interação entre os jornalistas e cientistas, como já acontece
no curso de Especialização em Jornalismo Científico. Tal prática proporciona um amplo debate aos
bacharéis em jornalismo e em ciências sobre C&T, pesquisa científica e sobre os conceitos
fundamentais do jornalismo. Pretende-se, ainda, incentivar o aluno a produzir notícias de
divulgação científica para as mídias impressas, radiofônicas, televisivas e eletrônicas, o que,
certamente, contribuirá para uma disseminação da cultura científica nos meios de comunicação,
nesse caso, com um recorte específico na neurociência.
6. Divulgação científica no programa CInAPCe
A divulgação do programa CInAPCe acontece, dentre outras formas, por meio de
matérias jornalísticas publicadas na revista eletrônica de jornalismo científico ComCiência, uma
publicação do Labjor em parceria com a SBPC, e em revistas impressas, como Inovação, Ciência e
Cultura e Sem Crise. Além disso, ampla divulgação é realizada pelo portal on-line do CInAPCe
(http://www.cinapce.org.br).
Os objetivos da divulgação científica do programa são divulgar as pesquisas realizadas
dentro do CInAPCe ao público leigo e aos pesquisadores da área; aproximar a sociedade das
atividades de pesquisa desenvolvidas pelo programa; transformar o CInAPCe em fonte de
informação permanente para a imprensa geral e especializada; viabilizar os contatos entre o
programa e a imprensa nacional e revistas especializadas, prestando a ambas as partes serviços de
apoio, tais como coleta de informações, preparação de press-release, sugestões de pauta e
prestação de informações adicionais solicitadas e; conscientizar a sociedade e o poder público da
importância do investimento em pesquisa científica básica para geração de resultados que podem
ser de aplicabilidade para o setor de saúde.
6.1. Portal do Programa CInAPCe
O lançamento oficial do website do Programa de Cooperação Interinstitucional de Apoio
à Pesquisa sobre o Cérebro aconteceu no dia 08 de novembro de 2007. O evento foi transmitido
ao vivo pelo portal a partir da sala de videoconferências da FCM da Unicamp. Houve a
apresentação do portal, seguida por uma vídeo-conferência entre os coordenadores do CInAPCe e
convidados.
A divulgação dos resultados das atividades de pesquisa pelo portal tem se mostrado uma
forma eficiente de ampliar o acesso da sociedade aos resultados da produção científica e
tecnológica do programa. O portal CInAPCe é um centro virtual com grande potencial e um
modelo de pesquisa inovadora e inédita na área de neurociências no Brasil. Pela sua interatividade,
9 O trabalho foi coordenado por Vera Toledo, membro da comissão do curso de Especialização em Jornalismo
Científico, e foi realizada com o auxílio das ex-alunas e pesquisadores Marina dos Santos Mezzacapa e Adriana
Lima.
252
Educação & Interação Social
o portal possibilita a troca de informações e dados de pesquisa entre os profissionais envolvidos e
é uma fonte de conhecimento científico para o público em geral, por se tratar de uma importante
interface com a sociedade por meio de notícias e informações jornalísticas, com uma linguagem
bastante acessível. Adicionalmente, o portal tem o potencial de pautar outros meios de
comunicação.
O design do site permite uma navegação ágil e intuitiva e a linguagem utilizada é clara e
acessível ao público leigo, mas há também uma área restrita aos pesquisadores cadastrados (figura
4). O portal está em constante aprimoramento e atualização e representa um elo de comunicação
direto e dinâmico entre o CInAPCe e a sociedade.
Figura 4 - Página inicial do portal CInAPCe (http://www.cinapce.org.br)
Uma avaliação realizada junto ao provedor mostrou que até o dia 31 de agosto de 2008,
o portal havia recebido 15.816 visitas. O portal, após um pico do número de visitações no mês de
lançamento, apresentou um crescimento progressivo na média do número de acessos diários, com
um salto verificado em junho, provavelmente devido ao II Workshop CInAPCe, que foi
amplamente noticiado pelo portal. A média diária e o total mensal dos acessos são apresentados
na tabela 2 e a figura 5 mostra a progressão mensal do número de visitas.
Tabela 2 - Média diária e total mensal de acessos ao portal CinAPCe
Período
Agosto/2008
Julho/2008
Junho/2008
Maio/2008
Abril/2008
Março/2008
Fevereiro/2008
Janeiro/2008
Dezembro/2007
Novembro/2007 *
Outubro/2007 **
Média diária de acessos
69
74
108
70
38
34
23
26
24
44
2
Total mensal de acessos
2139
2311
3262
2197
1157
1063
690
828
767
1349
53
* mês do lançamento oficial do portal. ** portal em fase de testes. Fonte: CInAPCe.
253
Neurociências
acessos
Visitas ao portal CInAPCe
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
out/07 nov/07 dez/07 jan/08 fev/08 mar/08 abr/08 mai/08 jun/08 jul/08 ago/08
período
Figura 5: Progressão mensal do número de acessos ao portal CInAPCe
6.2. Revista Sem Crise
No contexto de ciência nos meios de comunicação, é importante mencionar as
publicações específicas voltadas para temas de interesse da sociedade. Aqui, abordando
especificamente a epilepsia, destaca-se o trabalho realizado pela ASPE nas publicações periódicas
da revista Sem crise. A ASPE, reúne profissionais de diversas áreas do conhecimento e tem como
objetivos principais gerar procedimentos que melhorem a identificação e o manejo de pessoas com
epilepsia e suas famílias, além de desenvolver um modelo de tratamento integral da epilepsia que
possa ser aplicado em nível nacional.
A revista Sem Crise foi lançada de maneira eletrônica em 2002 com o objetivo de
abordar a epilepsia e seus efeitos bio-psico-sociais sobre a vida das pessoas portadoras ou não
desta condição. Após o primeiro ano de vida, em 2003, a revista passou a ter suas primeiras
edições impressas de pequenas tiragens (até 2000 exemplares) distribuídas para médicos, pacientes,
associações e grupos de apoio de todo o país, o que proporcionou uma divulgação ainda maior de
informações sobre epilepsia para a comunidade leiga e acadêmica, além de abrir um espaço de
discussão sobre epilepsia para a comunidade e acadêmicos de todas as áreas do conhecimento.
As publicações da revista Sem Crise representam, sem dúvida, um significativo esforço
para tirar a epilepsia das sombras no sentido de esclarecer/informar o interlocutor sobre as
realidades da doença, bem como orientar pacientes e familiares sobre a enfermidade. Assim,
destaca-se, mais uma vez, que a capacitação de jornalistas e comunicadores de ciência como um
dos elementos fundamentais para uma disseminação da cultura científica e para melhoria da
qualidade da ciência já presente nos meios de comunicação.
Publicações específicas sobre determinados temas, como é o caso da revista Sem Crise,
contribuem para uma disseminação de conceitos científicos também na grande mídia e a
compreensão da apropriação desses conceitos no imaginário de uma sociedade é fundamental
para a formulação de políticas públicas voltadas ao tema. Assim, o desafio de desenvolver
indicadores que permitam avaliar a percepção e compreensão pública da ciência e a participação e
interesse dos cidadãos em questões de C&T foi, aos poucos, assumido por governos e
pesquisadores.
7. Considerações finais
A comunicação científica e o desenvolvimento de trabalhos que mensurem a percepção
pública da sociedade em relação à ciência e à tecnologia têm se desenvolvido desde a década de
1970, com particular ênfase nas duas últimas décadas. No Brasil, a comunicação científica acentua-
254
Educação & Interação Social
se por uma necessidade latente da própria atividade científica no sentido de divulgar seus
resultados, o que é marcado e estimulado por recentes políticas públicas voltadas à sua divulgação.
Nesse processo de difusão da idéia da divulgação científica, surgem editorias de ciência na
grande mídia, revistas especializadas em ciência e tecnologia e a ciência ganha espaço até nas
páginas opinativas dos jornais. Inicia-se, então, um processo necessário de capacitação dos próprios
jornalistas para lidar com a ciência – como exemplo, com a Especialização em Jornalismo
Científico, oferecida pelo Labjor desde 1999.
Imerso nesse contexto, o programa CInAPCe, pelo seu caráter eminentemente
multidisciplinar e multi-institucional, participa ativamente da nova realidade que se constitui, na
qual diferentes campos empenham-se na construção de um saber científico, tecnológico e social
integrados. A comunicação científica é parte integrante do CInAPCe não só no sentido de prestar
contas de suas atividades à sociedade como também na produção de conhecimento nessa área.
Isso fica evidente especialmente na parceria realizada com o Labjor/Unicamp e a
participação nos cursos de divulgação da ciência em geral e neurociências, propiciando a formação
de profissionais qualificados na disseminação de ciência e tecnologia. Além disso, essa parceria
possibilita, a partir de pesquisas na área de comunicação científica – como os surveys – o
conhecimento sobre o que a população, especialmente os jovens, pensa sobre neurociências e
entende sobre seus temas mais específicos.
Os aspectos sociais envolvidos com o fazer científico tornam-se especialmente evidentes
com a revista Sem Crise, produzida pela ASPE. Nesse caso, além da proposta de se combater o
estigma que a epilepsia provoca em nossa sociedade, a divulgação de pesquisas relacionadas a essa
condição tem o potencial de colocar a ciência e o jornalismo atuando juntos em prol da
sociedade. Assim, a divulgação das pesquisas desenvolvidas pelo programa CInAPCe coloca-se
como um instrumento de conscientização social sobre a importância da pesquisa científica e
tecnológica na geração de resultados que podem ser de aplicabilidade para o melhor
entendimento do cérebro e para a melhoria do tratamento clínico em doenças neurológicas.
Por fim, o portal CInAPCe atua como um caminho aberto e direto que coloca cientistas e
não-cientistas juntos num mesmo canal de comunicação. Abrem-se, porém, novos desafios na
busca da melhor forma de se atingir os mais variados públicos e aproximá-los cada vez mais das
atividades científicas e também no uso das novas tecnologias de comunicação que surgem em
nossa realidade.
255
Neurociências
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256
Educação & Interação Social
MELHOR TRABALHO DA CATEGORIA
EPILÉPTICO X PESSOA COM EPILEPSIA: EXISTE DIFERENÇA?
Paula T. Fernandes1; Nelson Filice de Barros; Li Li Min
1. Introdução
Epilepsia é uma condição neurológica crônica que tem sido associada com dificuldades
psico-sociais, estigma e discriminação. A percepção social da epilepsia é, na maioria das vezes,
negativa, trazendo conseqüências na qualidade de vida e reforçando o estigma existente (1). O
rótulo de ter epilepsia ou ser “epiléptico” traz implicações para o trabalho (2), escola (3-6),
interação social (3;7;8) e percepção de estigma (3;7;9-12).
Na área da saúde, o diagnóstico de uma doença crônica envolve um processo de
classificar e rotular doenças. Durante quase dois séculos, a classificação médica de doenças foi feita
levando-se em consideração a lesão e os sintomas, e não nas características da pessoa como um ser
integral (13). E assim, Finlay (14) observou que a percepção da pessoa propicia algumas atitudes
específicas: quando a percepção é negativa, as atitudes também são negativas (14).
Neste contexto, nós enfatizamos duas definições: pessoa e doença. A noção de pessoa
está relacionada ao ser humano como um todo, considerando seus aspectos: biológico,
psicológico, religioso e social. Assim, percebemos a pessoa em primeiro plano, com características
individuais e específicas. A noção de doença está relacionada à criação de um rótulo, como o
rótulo de “epiléptico”, por exemplo, na maioria das vezes associado com uma percepção negativa,
na qual a pessoa é esquecida e escondida por trás de um rótulo, aparecendo somente o atributo
negativo (7;14;15). Em outras palavras, é um estereótipo, baseado nas noções de generalização,
distorção, discriminação e fatores históricos (16).
Isso acontece em várias áreas. De acordo com estudos realizados sobre linguagem nos
processos de pensamento, Boroditsky (17) e Winawer (18) enfatizaram que a linguagem pode
influenciar o pensamento através de aspectos abstratos e assim, influenciar o desempenho em
tarefas de percepção de cores.
Com relação à epilepsia, o termo “epiléptico” pode representar o estágio final do
processo de rotulação, caminhando na direção da pessoa para a doença. Do ponto de vista
teórico, é esperada a diferença de percepção quando utilizamos estes dois termos: “epiléptico” e
“pessoa com epilepsia”. Porém, em nossa sociedade, é muito comum ouvirmos estes dois termos,
sem nenhuma diferença. Será que o uso destes termos realmente traz uma percepção diferente?
Será que nós percebemos dois sujeitos? Será que a linguagem utilizada muda a maneira de
percebemos este sujeito? Será que existe alguma diferença real que interfira no processo de estigma
e discriminação? Em termos práticos, existe vantagem de usar “pessoa com epilepsia” ao invés de
“epiléptico”? Neste contexto, o objetivo deste estudo é avaliar a diferença de percepção existente
com a utilização de expressões de linguagem diferentes: “pessoa com epilepsia” e “epiléptico” em
um grupo de adolescentes da cidade de Campinas.
2. Metodologia
2.1. Sujeitos:
Este estudo foi realizado no período de dois anos (2006 e 2007) durante o Programa
“Ciência & Artes nas Férias” da UNICAMP. Os estudantes deste programa foram selecionados pela
comissão organizadora através de um concurso envolvendo prova escrita e notas escolares.
Endereço para correspondência: Paula T. Fernandes - e-mail: [email protected]; [email protected] Cx postal 6126 – CEP 13083-970, Campinas, SP.
1
257
Neurociências
Durante o Programa, os estudantes foram divididos, por ordem alfabética, em quatro
grupos. Cada grupo recebeu um número e os números pares foram organizados por nós em Grupo
1 (pessoa com epilepsia) e Grupo 2 (epiléptico).
2.2. Instrumento:
Foram aplicadas duas versões de um questionário de quatro questões. Em uma delas, o
termo “pessoa com epilepsia” foi utilizado, enquanto que na outra versão, utilizamos o termo
“epiléptico”. Os sujeitos responderam ‘sim’ ou ‘não’ às seguintes questões:
• “Você acha que as pessoas com epilepsia/epilépticos são rejeitadas(os) pela
sociedade?”
• “Você acha que as pessoas com epilepsia/epilépticos têm maior dificuldade para
conseguir emprego?”
• “Você acha que as pessoas com epilepsia/epilépticos têm maior dificuldade na escola?”
• “Você tem preconceito contra pessoas com epilepsia/epilépticos?”
Além destas quatro questões, aplicamos também a Escala de Estigma na Epilepsia (EEE),
desenvolvida e validada por nosso grupo (7;11;19). A EEE possui 24 itens sobre a percepção do
estigma na epilepsia. Seus pontos somados fornecem o nível de estigma percebido (escore geral)
pela pessoa, que vai de 0 (sem estigma) até 100 (maior nível de estigma). Duas versões desta escala
(EEE) foram preparadas: uma utilizou a expressão “pessoa com epilepsia” e a outra, utilizou o
termo “epiléptico”.
2.3. Procedimento:
O primeiro grupo de adolescentes do Programa ficou sendo o Grupo-1 = “pessoa com
epilepsia” e o segundo grupo, foi nomeado como Grupo-2 = “epiléptico”. Os outros grupos
subseqüentes seguiram a mesma distribuição. Todos os participantes responderam às quatro
questões e a EEE, sendo que a pesquisadora responsável (PTF) conduziu a aplicação dos
instrumentos. Nos adolescentes do Grupo-1, foi pedido que eles imaginassem uma “pessoa com
epilepsia” e no Grupo-2, foi pedido que imaginassem um “epiléptico” para responder aos
questionários. Os questionários foram lidos para os sujeitos, que marcavam as respostas
individualmente. As condições de aplicação foram as mesmas para todos os grupos e todos os
adolescentes responderam todas as questões.
3. Resultados
O Grupo-1 teve 105 sujeitos (idade média = 16 anos; IC=15,9-16,3; DP=1,0; 23;8%
eram do sexo masculino; 83,8% dos adolescentes não tinham informação sobre epilepsia). O
Grupo-2 contou com 109 participantes (idade média = 16 anos; IC=15,8-16,1; DP=0,8; 33,9%
eram do sexo masculino; 82,6% dos adolescentes não tinham informação sobre epilepsia).
As diferenças entre as respostas do Grupo-1 e Grupo-2 para as quatro questões estão
mostradas na Figura 1. Todas as respostas indicam uma percepção negativa maior no Grupo-2 em
relação ao Grupo-1.
As diferenças no escore da EEE indicam maior percepção de estigma no Grupo-2 (escore
= 49; CI = 46,9-52,0) quando comparadas ao Grupo-1 (escore = 45; CI = 42,4-48,2) (p=0,03).
A regressão binária e linear usando sexo, religião, acesso à informação não mostrou
diferenças significativas entre os grupos e por isso, não influenciam a percepção de estigma entre o
Grupo-1 e Grupo-2.
258
Educação & Interação Social
Figura 1: Diferença na percepção entre “pessoas com epilepsia” x
“epilépticos”
4. Discussão
Os resultados deste estudo mostram a importância da escolha adequada das expressões
de linguagem no processo de estigma e discriminação. O termo “epiléptico” mostrou que possui
maior inflluência na percepção negativa da epilepsia, quando comparado à expressão “pessoa com
epilepsia”.
De acordo com as primeiras quatro questões, foi possível observar uma grande diferença
nas respostas, de acordo com as expressões utilizadas nos questionários: “epiléptico” e “pessoa
com epilepsia”. Além disso, os resultados da EEE sugerem uma percepção maior de estigma
quando utilizamos o termo “epiléptico” no lugar de “pessoa com epilepsia”.
Neste cenário, é importante ressaltar que estas são duas expressões distintas: uma é um
adjetivo (epiléptico) e a outra, um nome (pessoa). As duas carregam um estigma em potencial
(20); porém, quando falamos em doença, em sintomas, em rótulos, diferenças substanciais
aparecem. Um estudo (21) feito fala que o “ter” implica possessão e o “ser” implica identidade e,
por isso, sugere que é menos estigmatizante usar “ter”. Consequentemente, quando as
características são negativas, como uma doença, a recomendação geral é o uso de expressões que
se referem à pessoa, com determinadas características (21).
Muitos modelos de estigma propostos não consideram a percepção do estigma como um
processo subjetivo e enfatizam apenas o contexto social. Esta diferença entre os dois termos não
pode apenas ser explicada pelo contexto social. Um modelo adequado para explicar o estigma
deve considerar também aspectos da linguagem e outros fatores (20). as pessoas, por exemplo,
podem aprender como deve ser o procedimento durante uma crise epiléptica e podem manter
este padrão de comportamento para sempre. Talvez, por esta razão, o processo de aprendizagem
deve ser enfatizado como um dos fatores que explicam a diferença destes dois termos neste
estudo. De um lado, a pessoa aprende sobre uma pessoa que tem uma doença e de outro,
aprende sobre a doença em sim, desconsiderando a pessoa. Este processo de aprendizagem com
conseqüentes comportamentos pode ser, em parte, explicado por um estudo prévio realizado com
259
Neurociências
adolescentes expostos à duas diferentes situações no momento de uma crise epiléptica: uma
situação com padrões adequados de comportamento e a outra, com padrões inadequados. Neste
estudo, o grupo de adolescentes submetido aos comportamentos adequados mostrou menor
percepção de estigma quando comparados ao grupo que presenciou atitudes inadequadas diante
de uma crise epiléptica (22). Dessa maneira, podemos dizer que a ênfase deve estar nas atitudes
adequadas aliadas a informações corretas da sociedade.
Um outro importante aspecto a ser ressaltado é o papel da linguagem nos processos de
pensamento e percepção. Além das diferenças dos efeitos da linguagem em tarefas de
discriminação visual (18), Boroditsky (17) mostrou que aspectos culturais (inglês x chinês
mandarim) podem influenciar o pensamento em relação à aspectos abstratos, como a noção do
tempo, por exemplo. Apesar disso, Chen (23) não conseguiu replicar os resultados de Boroditsky
(17). Em uma discussão com colegas parceiros do Projeto Demonstrativo na China, país onde o
estigma é alto, não existe diferença na línguia mandarim entre “epiléptico” (adjetivo) e “pessoa
com epilepsia” (nome) (Wang Wenzhi, pers com.). Estes dados reforçam a noção de que a
percepção de estigma pode ser influenciada também pelos diferentes tipos de linguagem.
Nosso estudo reflete a atitude social diante da epilepsia em um grupo de adolescentes.
Nesta faixa etária, estão formando valores, atitudes, comportamentos e consolidando seu processo
de construção de conceitos sociais. Os adolescentes fazem parte de um segmento da sociedade
potencialmente apto para reduzir mitos e preconceitos, através de informações adequadas,
combatendo assim o estigma existente.
Para finalizar, as palavras podem influenciar as percepções e ter implicações nas
conseqüências do estigma social. O uso de rótulos inadequados esconde a própria identidade da
pessoa e contribui para o aumento das dificuldades psico-sociais associadas. Com este estudo,
podemos recomendar o não uso do termo “epiléptico” em nosso país. Dessa maneira, todos
estarão contribuindo para os esforços de tirar a epilepsia das sombras e assim, promover melhor
qualidade de vida para as pessoas com epilepsia.
260
Educação & Interação Social
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A
Abstracts
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ok – II Worksshop CINAPC
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June 10
0th-11th, 2008
Th
he Royal Pallm Plaza Ho
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263
Neurociências
264
Abstracts Book – II Workshop CINAPCE
INDEX
Clinical Application....................................................................................... 269
EEG SPIKE SOURCE LOCALIZATION BEFORE AND AFTER A SUCCESSFUL SURGERY FOR TEMPORAL
LOBE EPILEPSY: A BOLD EEG-FMRI AND ICA STUDY........................................................................ 270
MALFORMATIONS OF CORTICAL DEVELOPMENT: NEUROIMAGING, GENETICS AND MOLECULAR
STUDIES .................................................................................................................................................275
STUDY OF N-ACETYLASPARTATE AND CREATINE USING NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE
SPECTROSCOPY IN PATIENTS WITH TEMPORAL LOBE EPILEPSY: RELATIONSHIP WITH CLINICAL
TREATMENT ..........................................................................................................................................276
VOXEL BASED MORPHOMETRY IN PATIENTS WITH PERISYLVIAN POLYMICROGYRIA AND ITS
CORRELATION WITH EPILEPSY .................................................................................................................277
VOXEL-BASED MORFOMETRY EVALUATION OF PROGRESSIVE HIPPOCAMPAL ATROPHY IN PATIENTS
WITH TEMPORAL LOBE EPILEPSY .............................................................................................................278
CHANGES ON WHITE AND GREY MATTER AFTER SUCCESSFUL SURGERY FOR REFRACTORY MTLE
EVIDENCES REVEALED BY VOXEL BASED MORPHOMETRY (VBM) ........................................................ 280
LONG TERM FOLLOW UP OF FAMILIAL MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY ................................................281
MTLE’S SURGICAL OUTCOME COMPARED TO HIPPOCAMPAL VOLUMETRY AND PATTERNS OF
GRAY MATTER ATROPHY REVEALED BY VOXEL-BASED MORPHOMETRY (VBM) .......................................282
LONG TERM FOLLOW UP OF MESIAL TEMPORAL LOBE STRUCTURES ATROPHY IN PATIENTS WITH
FAMILIAL MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY ............................................................................................283
HIPPOCAMPAL ATROPHY IS RELATED TO MEMORY PERFORMANCE IN MILD COGNITIVE
IMPAIRMENT AND MILD ALZHEIMER’S DISEASE ........................................................................................285
ANATOMO-CLINICAL STUDY OF DENTADE GYRUS OF 77 PATIENTS WITH TEMPORAL LOBE EPILEPSY
RELATED TO MESIAL TEMPORAL SCLEROSIS SUBMITTED TO CORTICO-AMYGDALAHIPPOCAMPECTOMY ................................................................................................................... 286
MULTIMODAL ANALYSIS OF THE EXTRATEMPORAL DAMAGE IN PATIENTS WITH MESIAL TEMPORAL
LOBE EPILEPSY ........................................................................................................................................287
PERIICTAL EVALUATION OF PATIENTS WITH FOCAL EPILEPSY ....................................................................288
CHANGES IN HIPPOCAMPAL CONNECTIVITY IN MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY: EVIDENCE FROM
RESTING STATE FMRI .................................................................................................................. 289
Technical, Methods Development................................................................... 291
CLUSTERING BY OPTIMUM PATH FOREST AND ITS APPLICATION TO AUTOMATIC WM/GM
CLASSIFICATION IN MR-T1 IMAGES OF THE BRAIN ........................................................................... 291
DIFFUSION TENSOR IMAGING SEGMENTATION BY WATERSHED TRANSFORM ON TENSORIAL
MORPHOLOGICAL GRADIENT .................................................................................................................295
CLOUDS: A MODEL FOR SYNERGISTIC IMAGE SEGMENTATION .................................................................296
265
Neurociências
AUTOMATIC AND MANUAL QUANTIFICATION OF IN VIVO 1H-MRS DATA FOR CLASSIFICATION OF
HUMAN BRAIN TUMORS ............................................................................................................. 299
IMPLEMENTATION OF A SYSTEM FOR REAL TIME SPACE LOCALIZATION OF CEREBRAL REGIONS FOR
TMS APPLICATION BY MRI CO-REGISTER ..............................................................................................301
FAST AND PRECISE MID-SAGITTAL PLANE LOCATION IN 3D MR IMAGES OF THE BRAIN ............................302
THE INFLUENCE OF SOME TSE PARAMETERS IN THE HIGH RESOLUTION MRI AQUISITION OF EX
VIVO HIPPOCAMPUS AT 3,0T ................................................................................................................304
A RIGID REGISTRATION METHOD FOR 3D MR IMAGES OF THE HUMAN BRAIN ......................................305
GRANGER CAUSALITY AND BRAIN CONNECTIVITY FROM EEG-FMRI DATA ......................................... 308
ANALYSIS OF TEXTURAL FEATURES PRESENT IN COMPUTERIZED TOMOGRAPHY (CT) OF PATIENTS
WITH ACUTE ISCHEMIC STROKE ..............................................................................................................309
DIFFUSION-WEIGHTED MAGNETIC RESONANCE IMAGING FOR BRAIN TUMORS
CHARACTERIZATION: RESULTS AND PERSPECTIVES. ..................................................................................310
OPTIMAL PARAMETERS IN MAGNETIC RESONCE IMAGING OF PERFUSED MARMOSET BRAIN ................... 311
METABOLIC AND CIRCULATORY METHODS TO EVALUATE THE NEUROPROTECTIVE EFFECT OF THE
ADENOSINERGIC A1 AGONIST R-PIA IN THE EXPERIMENTAL MODEL OF EPILEPSY INDUCED BY
PILOCARPINE .........................................................................................................................................312
MRI IN THE PILOCARPINE ND KAINIC ACID MODELS OF EPILEPSY: RELAXOMETRY AND VOLUMETRY
..............................................................................................................................................................313
1H NMR SATURATION TRANSFER INTERACTIONS MAPPING BETWEEN ACETYLCHOLINESTERASE
AND AMARYLLIS ALKALOIDS ....................................................................................................................314
1H MRS OF THE HIPPOCAMPAL STRUCTURES AS A TOOL IN THE EVALUATION OF THE HUMAN
TEMPORAL LOBE EPILEPSY ............................................................................................................ 316
DIGITAL INSTRUMENTATION FOR TEMPERATURE CONTROL OF ANIMALS IN MRI EXPERIMENTS ...............317
DEVELOPMENT OF RF TRANSMITTER COILS FOR MRI EXPERIMENTS WITH MARMOSETS ...........................320
SIMULTANEOUS MEASUREMENTS OF THE BRAIN ACTIVITY WITH NIRS AND FMRI ...................................321
LOCALIZING INTERICTAL EPILEPTIFORM DISCHARGES USING KULLBACK-LEIBLER DISTANCE BY
SIMULTANEOUS EEG-FMRI ACQUISITION ...............................................................................................322
PROBING BACTERIAL QUORUM-SENSING PHENOMENOM BY SATURATION TRANSFER DIFFERENCE
NMR ......................................................................................................................................... 323
PNEUMATIC DEVICE FOR SOMATOSENSORY CORTEX MAPPING WITH FUNCTIONAL
NEUROIMAGING: CLINICAL APPLICATIONS IN EPILEPSY ............................................................................325
266
Abstracts Book – II Workshop CINAPCE
Experimental, Basic Science .................................................................................................... 327
EFFECTS OF VOLUNTARY RUNNING ON SPATIAL MEMORY AND MATURE BRAIN-DERIVED
NEUROTROPHIC FACTOR EXPRESSION IN MICE HIPPOCAMPUS AFTER STATUS EPILEPTICUS INDUCED
BY PILOCARPINE ....................................................................................................................................327
HUMAN KALLIKREIN (HK1) IS OVEREXPRESSED IN THE HIPPOCAMPUS OF PATIENTS WITH
TEMPORAL LOBE EPILEPSY ASSOCIATED WITH HIPPOCAMPAL SCLEROSIS ............................................... 330
LGI1 GENE STUDIES IN MOUSE CENTRAL NERVOUS SYSTEM .....................................................................331
GENE FUNCTIONAL STUDIES IN THE SILENT PHASE OF THE PILOCARPINE MODEL .................................. 332
APOPTOTIC PATHWAY IS DISTURBED IN THE HIPPOCAMPUS FROM PATIENTS WITH TEMPORAL
LOBE EPILEPSY ........................................................................................................................................333
GENE FUNCTIONAL STUDIES IN THE ACUTE PHASE OF THE PILOCARPINE MODEL USING RNA
INTERFERENCE .......................................................................................................................................334
GENE EXPRESSION PROFILE IN FAMILIAL MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY IS ASSOCIATED WITH
HIPPOCAMPAL ATROPHY .......................................................................................................................335
IDENTIFICATION AND CHARACTERISATION OF A POSSIBLE HHV-6B-DERIVED SIRNA AGAINST
EAAT2 GENE IN MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY .................................................................................336
SNP ANALYSIS IN A DRUG-TRANSPORTER GENE (ATP-BINDING CASSETTE FAMILY – ABCC2)
SUGGEST PHARMACORESISTENCE ASSOCIATION IN MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY PATIENTS ................337
QUANTIFICATION OF MICRORNA IN CENTRAL NERVOUS SYSTEM DEVELOPMENT AND CORTICAL
DYSPLASIA ..............................................................................................................................................338
MUTATIONS IN THE EMX2 GENE ARE NOT PRESENT IN PATIENTS WITH SCHIZENCEPHALY AND
POLYMICROGYRIA ..................................................................................................................................339
MUTATION SCREENING IN CANDIDATE GENES FOR BENIGN CHILDHOOD EPILEPSY WITH
CENTROTEMPORAL SPIKES ......................................................................................................................340
GENETIC STUDIES IN BILATERAL PERISYLVIAN POLYMICROGYRIA ...............................................................341
MANGANESE-ENHANCED MAGNETIC RESONANCE IMAGING (MEMRI) IN THE PILOCARPINE
MODEL OF EPILEPSY ...............................................................................................................................342
LONG-TERM STUDY OF EVOLUTION OF BEHAVIORAL SEIZURES IN RATS SUBMITED TO PILOCARPINE
MODEL OF EPILEPSY ...............................................................................................................................343
SYNAPTIC PROPERTIES OF CA1 HIPPOCAMPAL SLICES FROM SEIZURE-RESISTANT PROECHIMYS
CAYENNENSIS DURING POSTNATAL DEVELOPMENT .................................................................................344
DEGREE OF EXPRESSION OF THE CALCIUM SENSING RECEPTOR IN HIPPOCAMPUS OF PATIENTS
WITH TEMPORAL LOBE EPILEPSY .............................................................................................................345
BONE MARROW STEM CELL INJECTION IN OLD MICE: REPRODUCTIVE RECOVERY AND
GENERALIZED NEOPLASIA. ......................................................................................................................346
267
Neurociências
Education and Social Interaction
................................................................................... 347
THE PERSPECTIVES OF PARENTS, TEACHERS AND CHILDREN REGARDING THE SCHOOL INCLUSION/EXCLUSION
OF CHILDREN WITH EPILEPSY ......................................................................................................... 347
EPILEPSY FROM THE CHILD'S PERSPECTIVE: ITS FIGURE / BACKGROUND ROLE WITHIN THE CHILD’S SOCIAL
RELATIONSHIPS ......................................................................................................................................350
STOP SAYING EPILEPTIC! ..........................................................................................................................351
PARENTS (RE)(DE)(CO)CONSTRUCTING SIGNIFICATIONS REGARDING THEIR CHILD’S EPILEPSY AND ITS
TREATMENT ..........................................................................................................................................352
WWW.CINAPCE.ORG.BR SOURCE OF NEUROSCIENCE INFORMATION
268
........................................................353
CLINICAL APPLICATION
269
Neurociências
270
Clinical Application
EEG SPIKE SOURCE LOCALIZATION BEFORE AND AFTER A SUCCESSFUL SURGERY FOR
TEMPORAL LOBE EPILEPSY: A BOLD EEG-FMRI AND ICA STUDY
Sercheli, Maurício, PhD¹ (presenting author); Bilevicius, Elizabeth, MD²; Alessio, Andréa, PhD²; Ozelo,
Helka, MSc¹; Pereira, Fabrício²; Rondina, Jane, PhD²; Cendes, Fernando, MD, PhD²; Covolan, Roberto,
PhD¹
1
2
Neurophysics Group, Institute of Physics Gleb Wataghin, UNICAMP
Laboratory of Neuroimaging, Faculty of Medical Sciences, UNICAMP
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: The effectiveness of two different ways of localizing spike sources - BOLD contrast and ICA
dipole model.
Objective: The aim of this EEG-fMRI study was to search for BOLD responses associated with interictal
activity in a mesial temporal lobe epilepsy (MTLE) patient before and after a successful selective
amygdalohippocampectomy (SAH). The BOLD contrast and ICA dipole model outcomes were compared
to the resected epileptogenic region.
Methods: This report refers to a 39-year-old left-handed woman with bilateral epileptogenic zone
previously investigated by ictal and interictal SPECT, video EEG and neuropsychological evaluation. She
experienced her first seizure by age eight characterized by an ascending epigastric discomfort followed by
verbal and manual automatisms. She never had a satisfactory seizure control, despite optimal
pharmacological treatment. During the preoperative investigation she was submitted to several routine
EEGs, eleven of them showing epileptiform discharges on both mesial temporal lobes (five on the right, six
on the left). Her neuropsychological evaluation indicated dominance of left hemisphere for language as well
as dysfunction for verbal memory. She was submitted to two video EEGs and two ictal SPECTs within a
five-year interval. Her first video EEG and ictal SPECT were not conclusive, whereas the second video EEG
showed eight seizures starting on the right mesial temporal lobe and the ictal SPECT indicated
hyperperfusion of the same region. She underwent right amigdalohyppocampectomy (SAH) on February,
2006. Presently she is on carbamazepine 1200 mg per day and clobazam 40 mg per day and seizure free
since the surgical procedure (Engel 1A). Simultaneous EEG-fMRI measurements of this patient were
performed before and after a successful right SAH. The EEG-fMRI sessions were carried out in a 2T
Elscint Prestige MR scanner (Elscint, Haifa, Israel) with echo-planar images (EPI) acquired in an
interleaved mode (TR = 2000 ms, TE = 45 ms, 20 slices, in-plane resolution = 3 x 3 mm with width = 6
mm) in six-minute runs (ten runs before and six runs after the surgery), using a cap with 32 MRIcompatible scalp electrodes and a BrainAmp 32 MR amplifier (Brain Products, Munich, Germany). The
EEGs were submitted to offline MRI artifact removal and filtering with the Vision Analyzer software (Brain
Products, Munich, Germany). Epileptiform spikes were identified and marked by an experienced
neurophysiologist. By using the EEG timing of the interictal epileptiform discharges (IEDs), the EPI images
were analyzed with the SPM2 software package (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/) in order to search for
corresponding BOLD responses. All images were submitted to the same preprocessing steps (slice-time
correction, realignment, coregistration, normalization using the patient brain 3D MRI volume – 1 x 1 x 1
mm3, and spatial smoothing – Gaussian kernel of 6 mm of full-width at half maximum). The statistical
analysis was performed using T-test with a T-value threshold of 3.1. Additionally, a cluster size of ten
contiguous voxels was also applied as a threshold. The EEG dipole modeling analysis to ICA components
was performed using the EEGLAB toolbox v6.01b with the DIPFIT2 plug-in
(http://www.sccn.ucsd.edu/eeglab/). We have performed equivalent dipole source localization of
independent components within a three-shell boundary element model (BEM) of the MNI standard brain.
EEG data were segmented in one-second epochs centered on every detected spike. Before computing the
dipoles, scalp maps were used to exclude spurious components.
Results: Before right SAH, the EEG-fMRI examination showed 63 IEDs originated in the left, in the right
or in both hemispheres, corresponding to an average of 1 spike/min. The left-hemisphere spikes were in
greater number with 37 single discharges (sharp waves followed by low waves) and three episodes of
271
Neurociências
temporal intermittent rhythmic delta activity (TIRDA). After surgery, a considerable decrease in the
epileptiform activity was verified. The EEG-fMRI data presented only ten IEDs, corresponding to an
average of 1 spike/3.6 min. Furthermore, the spike distribution regarding the channel with the maximum
amplitude resulted almost symmetrical with six on the left hemisphere and four on the right. The activation
maps established with basis on the timing of the pre-surgical EEG events showed both left and right
temporofrontal positive BOLD responses with larger activated area on the left. Even though the patient
presented a pronounced atrophy of the right hippocampus, the bilateral BOLD responses are in agreement
with the preoperative investigation that showed bi-temporal interictal spikes with no-sided predominance.
Deactivation responses were not statistically significant. Fig. 1 shows the BOLD activation responses before
SAH by taking into account all epileptiform events. In the same figure, the dipoles obtained by analyzing
the EEG via ICA are also shown. In this last case, the MNI standard brain was used for dipole
coregistration instead of the patient’s brain. In addition, if only bilateral IEDs are used to generate the
activation maps, one can note BOLD responses in both hippocampi with a right-sided predominance. In
fact, the right hippocampus is completed filled with a positive BOLD activated area as can be seen in Fig. 2.
This figure also shows the spread distribution of the dipoles, consistent with this kind of bilateral activity.
After right SAH, positive BOLD responses were restricted to the left temporofrontal region as can be seen
in Fig. 3. In this analysis, all registered IEDs were also taken into account in order to allow comparison with
the preoperative findings shown in Fig. 1. Regarding the results as a whole, it should be noticed that areas of
both temporal and extratemporal activations associated to temporal lobe spikes are in agreement with recent
reports (Kobayashi et al., 2006). Fig. 3 also shows the respective dipoles within the MNI standard brain.
Fig. 1. BOLD activation responses associated to all IEDs
recorded before SAH and coregistered to the patient’s
brain MRI. In the right inferior view, dipoles to ICA
components are shown in the MNI standard brain, with
left-sided predominance.
272
Clinical Application
Fig. 2. Coronal view of BOLD activation
responses (upper part) and dipole distribution
(lower part). BOLD responses are localized in
both hippocampi with a right-sided
predominance when using only bilateral IEDs
to create the activation map. The same bilateral
IEDs give rise to a spread distribution of
dipoles to ICA (inferior view), with six dipoles
located near the right hippocampus region.
Fig. 3. BOLD activation responses associated to all IEDs recorded after
SAH and coregistered to the patient´s brain MRI. In the right inferior
view, dipoles to ICA components are shown in the MNI standard brain,
with left-sided predominance.
Conclusion: Scalp EEG is the most traditional way of evaluating patients with epilepsy, in spite of its
limited power to precisely determine epileptogenic foci. EEG-fMRI, on the other hand, is a technique that,
since its inception, holds a promise to significantly improve the epilepsy diagnosis and source localization.
Our patient showed preoperative bilateral positive BOLD responses with left-sided predominance associated
with all IEDs registered during examination. A more restrictive analysis has shown strong BOLD activation
in the right hippocampus region. These results are in total agreement with the distribution of EEG events
and with the right hippocampus atrophy. They also suggest a right hippocampus induction of the large
interictal activity in the left hemisphere. After right SAH, the patient still presented spikes registered on
both hemispheres, although much less frequently. The fMRI analysis taking these EEG events as an input
led to a mild BOLD activation only on the left side. Certainly, the right hippocampus resection contributed
to decrease the epileptiform activity in the left hemisphere. All these results together strongly suggest that
the majority of the left activity was generated by the right hippocampus (Mintzer et al., 2004). In the whole
study, dipoles to ICA components have presented some agreement with the source localization by BOLD
contrast. However, dipoles resulted in a spread distribution making EEG analysis alone fragile to precisely
determine the source localization even when a sophisticated analysis such as ICA is applied. In summary, the
combined technique of EEG-fMRI for a patient with right MTLE revealed a good agreement with the
273
Neurociências
preoperative evaluation, and also revealed a less significant contra-lateral spike source after surgery (Engel
IA), when the epileptiform activity was reduced by a factor four. Therefore, we can infer that simultaneous
EEG-fMRI measurements provide additional information to the clinical EEG investigation, and can be in a
near future a good candidate to enhance the clinical investigative techniques employed in epilepsy
assessment.
274
Clinical Application
MALFORMATIONS OF CORTICAL DEVELOPMENT: NEUROIMAGING, GENETICS AND
MOLECULAR STUDIES
Torres, Fábio Rossi PhD¹ (presenting author); Souza-Kols, Daniela Aguiar BSc¹; Tsuneda, Simone Sayuri
MSc¹; Secolin, Rodrigo BSc¹; Montenegro, Maria Augusta MD, PhD²; Guerreiro, Marilisa Mantovani MD,
PhD²; Cendes, Fernando PhD²; Lopes-Cendes, Iscia MD, PhD¹.
1
2
Departament of Medical Genetics, FCM/UNICAMP
Department of Neurology, FCM/UNICAMP
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Malformations of cortical development (MCD) are one of the most important causes of
epilepsy. Extensive molecular genetic studies have resulted in gene discovery for several types of MCDs such
as periventricular nodular heterotopia (PNH), lisencephaly/subcortical band heterotopia spectrum (LISSBH), schizencephaly and polymicrogyria (PMG).
Objective: The main goals of this project were 1) to search for mutations in the four main genes responsible
for abnormal cortical development (FLN1, LIS1, DCX and EMX2) in a large cohort of patients with
different types of MCDs, 2) to map the locus for perisylvian PMG in a family segregating this disorder, 3)
to investigate the molecular mechanisms of identified mutations and 4) to established phenotype-genotype
correlations with neuroimaging findings.
Methods: Mutation screening was performed by the polymerase chain reactions (PCR). PCR products were
analyzed by denaturing high performance liquid chromatography (DHPLC) and were subsequently
sequenced using standard automatic sequencer. In addition, HUMARA marker and Real Time PCR were
performed to study molecular mechanisms resulting from the mutations identified. Linkage analysis was
carried out by amplifying microsatellites markers by PCR and analyzing alleles with Fragment profiler®
software and MLINK® package program.
Results: We have studied a total of 108 patients with different types of MCDs. Thirteen had PNH, 19 had
the LIS-SBH spectrum, 46 individuals had schizencephaly and 30 had polymicrogyria. In the PMG group
we have identified a family segregating PMG in an X-linked pattern and informative for linkage analysis.
We found a G987C mutation that alters the splicing site of the 6th intron of the FLN1 gene in two related
patients with classical PNH, skewed X chromosome inactivation was detected as the possible mechanism
responsible for clinical differences between the two patients. In the LIS-SBH group, one patient with severe
agyria/pachygyria had an A1385C transversion, which changes a histidine for a proline in a terminal WD
domain amino acid 277 of the LIS1 protein. Furthermore, in the group of the schizencephalies and
polymicrogyria we have detected only neutral variants in the EMX2 gene. Linkage analysis has detected a
locus in Xq28 for PMG in our family segregating perisylvian PMG.
Conclusion: a) We believe that the low frequency of mutations found in patients with PNH and the LISSBH spectrum could be due to the small proportion of familial cases, mosaicism, mutations in non coding
regions, large deletions and the presence of atypical neuroimaging findings. b) We have identified a
mutation in the FLN1 gene in two related patients with bilateral PNH, c) the pathologic mechanism of this
mutation is the splicing site destruction of the 6th FLN1 gene intron, d) phenotypic differences between the
two related patients harboring this FLN1 mutation were explained by a non random X chromosome
inactivation. e) We found that missense mutations in the LIS1 gene are rare in patients with the LIS-SBH
spectrum and its localization in latter WD domains of LIS1 protein are not always related with less severe
LIS. f) Deleterious mutations in the EMX2 gene were not found in patients with schizencephaly and
polymicrogyria. g) We found a locus for perisylvian PMG in Xq27.
Supported by FAPESP and CNPq
275
Neurociências
STUDY OF N-ACETYLASPARTATE AND CREATINE USING NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE
SPECTROSCOPY IN PATIENTS WITH TEMPORAL LOBE EPILEPSY: RELATIONSHIP WITH
CLINICAL TREATMENT
Campos, Bruno MD¹; Castellano, Gabriela PhD²; Yasuda, Clarissa MD¹; Bilevicius, Elizabeth MD¹; Li,
Min Li MD PhD¹; Cendes, Fernando MD PhD¹
1
2
Departement of Neurology, Faculty of Medical Sciences, UNICAMP
Institute of Physics, University of Campinas – UNICAMP
CInAPCe Program – MRC-UNICAMP
Rationale: Epilepsy is one of the most common neurologic disorders affecting 1 to 2% of general
population. Within these patients, 30% remit “spontaneously” (without treatment), 20 to 30% achieve
seizure control using anti-epileptic drug (AED) treatment (one or more AEDs) and up to 40% will
continue to have seizures in spite of clinical treatment.
Objective: The objective of this study was to investigate the relationship between initial failure to AED
treatment (an important predictor of pharmacoresistant epilepsy) and the marker of neuronal and axonal
damage/dysfunction N-Acetyl-Aspartate (NAA).
Methods: We studied 16 controls and 34 adult patients with temporal lobe epilepsy (TLE) defined by
clinical and EEG criteria. We performed single voxel proton MR spectroscopy (MRS) in a 2T MRI with a
ROI of 2x2x2cm placed in the medial portion of both hippocampi. Three groups were assigned to study: 1Controls; 2- Patients with TLE who had responded to the first AED monotherapy; 3- Patients with TLE
who did not respond to AED treatment (refractory TLE). We considered treatment failure a seizure
frequency equal or above 3 seizures per year. We used analysis of variance to investigate NAA relative to
creatine (NAA/Cre) differences among groups.
Results: We analyzed MRS data from 16 normal controls (mean age 31 years [SD=12]), 18 TLE patients
who responded to monotherapy (mean age 38 years [SD=8]) and 16 refractory TLE patients (mean age 31
years [SD=12]). Statistical analysis did not show age differences between these groups (p=0,19). Right
and left NAA/Cre ratios were significantly lower in refractory TLE patients (p0,006) compared to controls
but not in TLE patients who responded to AED (p0,347). Individual analysis showed NAA/Cre ratios
lower than 2SD below the mean of controls in eight of 16 (50%) patients in the refractory group (four with
unilateral and four with bilateral NAA/Cre reduction) and in only one of the 18 (6%) patients who
responded to AED (unilateral NAA/Cre reduction).
Conclusion: These preliminary results indicate that patients with TLE who respond well to AED have
significantly less evidence of neuronal and axonal damage/dysfunction compared to those who are refractory
to AED. Whether this difference is related to ongoing seizures or to more extensive epileptogenic damage
remains uncertain.
Supported by FAPESP (grant # 06/58800-9)
276
Clinical Application
VOXEL BASED MORPHOMETRY IN PATIENTS WITH PERISYLVIAN POLYMICROGYRIA AND ITS
CORRELATION WITH EPILEPSY
Guimarães, Catarina Abraão BSc, PhD; Guerreiro, Marilisa M. MD, PhD; Yasuda, Clarissa Lin MD, PhD;
Teixeira, Karine C. MD; Montenegro, Maria Augusta MD, PhD; Cendes, Fernando MD, PhD
Department of Neurology- University of Campinas (UNICAMP)
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Congenital bilateral perisylvian syndrome (CBPS) presents wide clinical diversity. The main
features are pseudobulbar palsy, developmental language disorder, variable cognitive deficits, epilepsy, and
perisylvian abnormalities on imaging studies. The most frequent underlying lesion is polymicrogyria.
Objective: The objective of this study was to investigate the relationship between seizures and extent of gray
matter abnormalities in patients with CBPS using voxel-based morphometry (VBM) of brain magnetic
resonance imaging (MRI).
Methods: We evaluated 18 patients with CBPS (MRI showed diffuse polymicrogyria around the Sylvian
fissure) and divided them into two groups: with (n=6) and without seizures (n=12). Fifty-one healthy
controls were compared with the two groups. The images were acquired in DICOM format and
transformed to ANALYSE by MRIcro (www.mricro.com). We used SPM2 software
(www.fil.ion.ucl.ac.uk) on MATLAB 7.0 to obtain the statistical maps of gray matter, by applying an
optimized VBM protocol. The normalized, segmented, modulated and smoothed data were analyzed with
statistical non-parametric mapping (SNPM http://www.sph.sc.edu/comd/rorden/workshop/npm/) with
Brunner Munzel test. We only considered significant results those with p<0.05. We used the SYSTAT 12
(Systat Software Inc. SSI) software with non parametric Mann-Whitney U-test for continuous variables and
Chi-square test to analyse frequency distributions.
Results: Both groups with CBPS and control group were homogeneous concerning gender (p=0.3; X2 test)
and age (p=0.15; Mann-Whitney u-test). Patients with CBPS and epilepsy, in addition to the perysilvian
polymicrogyria, exhibited a significant reduction of the gray matter (GM) concentration in a widespread
pattern, including bilateral thalamus, temporal lobes, frontal, parietal and occipital lobes. In contrast, we did
not identify areas with GM reduction in CPBS patients without epilepsy.
Conclusions: The extent of cortical and sub-cortical gray matter abnormalities found in patients with CBPS
and epilepsy is significantly higher than in patients without seizures. Our results suggest that patients with
CBPS and epilepsy appear to have a widespread neuronal damage that goes beyond the areas with
polymicrogyria.
Supported by FAPESP (05/56257-6, 05/59258-0, 05/56447-7).
277
Neurociências
VOXEL-BASED MORFOMETRY EVALUATION OF PROGRESSIVE HIPPOCAMPAL ATROPHY IN
PATIENTS WITH TEMPORAL LOBE EPILEPSY
Coan, Ana Carolina MD¹; Appenzeller, Simone MD, PhD¹; Bonilha, Leonardo MD, PHD²; Li, Min Li
MD, PhD¹; Cendes, Fernando MD, PhD¹.
1
2
Neuroimaging Laboratory, Department of Neurology, UNICAMP
Departments of Neuropsychiatry and Communication Disorders-University of South Carolina
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Cross-sectional and longitudinal magnetic resonance imaging (MRI) studies in patients with
partial epilepsies have shown progressive hippocampal and extrahippocampal atrophy, the severity of which
correlated with the duration of epilepsy, seizure frequency, or lifetime seizure number, whereas others have
failed to show a clear association.
Objective: Evaluate through a longitudinal MRI study if hippocampal damage is a progressive disorder in
patients with medial temporal lobe epilepsy (MTLE) and to determine factors associated with progression
of hippocampal atrophy (HA) and extrahippocampal atrophy in these patients.
Methods: We included 33 patients (18 women) with MTLE, as determined by clinical and
electroencephalography (EEG) evaluation following the ILAE criteria. Twenty patients presented left
MTLE and 13 patients right MTLE determined by epileptic activity at interictal EEG and/or signals of
hippocampal sclerosis at MRI. We also included 44 healthy controls (23 women). MRI scans were
performed in a 2T scanner (Elscint Prestige, Haifa, Israel). T1-weighted gradient-echo sequence with
isotropic voxel size of 1 mm was used for voxel based morphometry (VBM) analysis to determine
differences in white and gray matter between controls and patients. VBM was performed using SPM 2.
Follow-up images were obtained after at least seven months after the first baseline MRI. Comparison
between the patient’s follow-up and baseline MRIs, and between patients and controls were performed using
a t-test. Correlation and multiple regressions were used to determine factors associated with progression. A p
value of 0.05 was set as the threshold for the statistical analysis.
Results: Follow-up MRI was performed after a mean interval of 44.6 months (SD=27.3; range 7-85
months). Ten patients had history of febrile seizure. Eighteen patients were seizure-free between the first
and second MRI. We observed a progression of white matter (corpus callosum and deep white matter)
(p<0.05) (Fig 1; A and B) and gray matter (Fig1; C) atrophy (hippocampi and thalami p<0.05) in patients
with MTLE. This progression was more intense in patients with left MTLE when compared to right
MTLE. Patients with seizure control had a less intense progression of white and gray matter atrophy when
compared to patients without seizure control (Fig1; D).
278
Clinical Application
Legend:
First line: progression of gray matter (temporal and frontal lobes and thalami) was more intense in
patients with left MTLE when compared to right MTLE.
Second and Third lines: Patients with a prolonged time of active epilepsy presented a more intense
gray and white matter reduction over the time, as demonstrated in lines two (patients with left
MTLE) and three (patients with right MTLE).
Fourth and Fifth lines: Patients without seizure control had a more intense progression of white
and gray matter atrophy when compared to patients with seizure control, and it can be seen in
lines four (patients with left MTLE) and five (patients with right MTLE).
Conclusion: We observed a progression of white and gray matter atrophy in patients with MTLE, more
intense in patients with left MTLE. This progression was more pronounced in patients with poor seizure
control.
279
Neurociências
CHANGES ON WHITE AND GREY MATTER AFTER SUCCESSFUL SURGERY FOR REFRACTORY
MTLE EVIDENCES REVEALED BY VOXEL BASED MORPHOMETRY (VBM)
Yasuda, Clarissa L. MD¹; Valise³, Clarissa; Saúde, André V. PhD4; Pereira, Fabrício R. BS¹; Costa, André
Luiz F. DDS¹; Morita, Márcia E. MD¹; Betting, Luis E. MD PhD ¹,²; Tedeschi, Helder MD PhD²;
Oliveira, Evandro MD PhD²; Castelano, Gabriela PhD³; Cendes; Fernando MD PhD ¹,²
Laboratory of Neuroimage – UNICAMP
Department of Neurology/Neurosurgery - UNICAMP
3
Institute of Physics - Gleb Wataghin (IFGW)
4
Federal University of Lavras – MG
1
2
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Objectives: To study the patterns of pre and post operative GM and WM atrophy in patients with MTLE
who became seizure free (Engel's IA) and those who did not (Engel's III-IV).
Methods: We performed a VBM study with volume of interest (VOI) of 69 controls (mean+-SD age
of34.2+- 11.2years) and 67 patients (34.1+-10.5years) with unilateral MTLE who underwent surgery (34
Engel IA (Seizure-free group), 23 Engel IB-IIA and 10 Engel III-IV (Non-seizure-free group). We used
Mricro software (www.mricro.com) to preprocess and reflect to left all the MR scans with right
hippocampal atrophy, avoiding right to left analysis cancellation. We created one software for SPM2
(www.fil.ion.ucl.ac.uk) to perform VBM analysis including individual masks for the surgical lacuna and used
the software package MARSBAR (http://marsbar.sourceforge.net) to extract the mean GM and WM from
pre defined regions of interest (ROIs), according to Automatic Anatomic Labeling (AAL) ROI Library.
With these ROIs we can improve the statistical power over voxel-by-voxel analyses since we reduce the
number of statistical comparisons. For statistical analysis we used T-test and paired T-test.
Results: groups were balanced to age (p=0.95) and gender (p=0.7), with mean follow up of 60.2+30.7months. Seizure-free group :On baseline MRI, Seizure-free group 1 presented significant GM atrophy
(GMA) restricted to ipsilateral temporal lobe (t=3.3,p=0.001),hippocampus (t=7.7,p<0.0001), cingulated
gyrus (t=3.4,p<0.0001),occipital lobe(t=2,p=0.02) and basal ganglia(t=2,p=0.02). Bilateral GMA was
found on frontal lobes (t=4, p<0.0001) (Figure 1, blue map). WM atrophy (WMA) involved bilateral
temporal (t=4.4, p<0.0001), frontal (t=.5.4, p<0.0001), cingulum (t=3.4,p<0.0001) and parietal
lobes(t=4.4,p<0.0001) (Figure 2, blue map). After surgery, we identified areas with relative increase of GM
on contralateral basal ganglia (t=4.1, p=0.0001), contralateral temporal lobe (t=4.8, p=0.00001) and
bilateral cingulum (t=4.9, p=0.00004) (Figure4). Areas with relative increase of WM were identified on
bilateral frontal (t=4.5, p<0.0001), cingulum (t=4.9, p<0.0001), temporal (t=3.6,p<0.0001) and
occipital lobes(t=3.3,p=0.001) (Figure3). Non-seizure-free group: On baseline MRI, Non-seizure-free
group showed bilateral GMA on temporal lobes (t=2.8, p=0.003), bilateral hippocampus (t=6,
p<0.0001), cingulum (t=3.4, p<0.0001), basal ganglia (t=2.6, p=0.001), frontal (t=3, p=0.002) and
parietal lobes (t=3.2, p=0.001) (Figure 1, red map). The pattern of WMA was similarly widespread as on
G1, involving both hemispheres (Figure 2, red map). After surgery we did not identify areas of relative
increase of WM or GM, by means of whole brain analyses.
Conclusions: Our results suggest that different patterns of baseline GM atrophy between Seizure-free group
and Non-seizure-free group may be involved in the persistence of seizures in Non-seizure-free group. The
significant recovery of WM and GM in Seizure-free group suggests a dynamic aspect of the disease and
that precocious surgery may offer better chances of favorable brain plasticity.
Supported by FAPESP (Grants 05/59258-0, 07/01676-7 and 03/13424-1)
280
Clinical Application
LONG TERM FOLLOW UP OF FAMILIAL MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY
Morita, Marcia E. MD¹; Conz Livia²; Kobayashi Eliane MD, PhD³; Maurer-Morelli Claudia V. MD, PhD;
Yasuda, Clarissa L. MD¹; Betting, Luiz E. G. MD, PhD¹; Pereira, Fabrício R. S. BSc¹; Lopes-Cendes, Iscia
MD, PhD4; Cendes, Fernando MD, PhD¹
¹Departament of Neurology, UNICAMP
²Medical Student, University of Campinas
³Montreal Neurological Institute, McGill University, Montreal, QC, Canada.
4
Departament of Medical Genetics, UNICAMP
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Familial mesial temporal lobe epilepsy (FMTLE) has been described as a well characterized
syndrome, with different degrees of seizure severity, with the majority of patients having good seizure
control. However, there has been no report of long term follow up of FMTLE.
Objective: The purpose of this study was to analyze seizure outcome in individuals with FMTLE.
Methods: We followed prospectively 64 individuals with clinical diagnose of FMTLE from 28 families and
37 asymptomatic patients (first or second degree relatives from families with FMTLE). Seizures and
epilepsy syndromes were classified according to the ILAE. Patients who fulfilled the clinical criteria for
FMTLE were divided into three groups, according to seizure outcome: (1) Remission: seizure free for at
least two years; (2) Benign: patients, with less than six complex partial seizures (CPS) / year and no more
than two secondary generalized tonic-clonic seizures / year; and (3) Refractory: more than six CPS / year
despite adequate anti-epileptic drugs (AEDs). Patients who did not fulfilled criteria for MTLE or who
underwent epilepsy surgery (n=16) during this follow up were excluded from this study.
Results: Patients with FMTLE had a mean follow up was 93.4 ±15.8 months (mean ± SD; ranging from
45 to 121.9 months). The mean baseline duration of epilepsy was 28.7 ±15.3 years ranging from 1 to 62
years. At baseline they were divided in benign (n= 29), remission (n= 28) and refractory (n= 7). Patients
who have been submitted to epilepsy surgery (n=16) during this follow up were not included in this study.
At last follow up visit 12 (41.4%) patients with benign FMTLE remained classified as benign, 6 (20.7%)
became refractory, 11 (37.9%) were in remission. In the subgroup of FMTLE in remission 21 (75%)
remained without seizures; 6 (21.4%) were classified as benign FMTLE, and one died (3.6%) from cause
unrelated to epilepsy. All refractory patients remained refractory. From the asymptomatic group, 4 (10.8%)
became symptomatic (FMTLE). The mean follow up was 76.0 ±21.2 months (mean ± SD; ranging from
34.7 to 94.73 months).
Conclusion: Prospective follow up of more than 7 years in patients with FMTLE revealed that it is unlikely
to achieve seizure control with AEDs in those diagnosed with refractory seizures. By contrast, patients with
diagnose of more benign forms of FMTLE for more than one year are likely to either remit or remain under
well controlled seizures. The majority of patients who had achieved seizure remission remained seizure-free
and none became refractory. Asymptomatic individuals had a greater probability to have seizures compared
to the general population in a 6 year period of follow up.
Supported by FAPESP / CInAPCe
281
Neurociências
MTLE’S SURGICAL OUTCOME COMPARED TO HIPPOCAMPAL VOLUMETRY AND PATTERNS
OF GRAY MATTER ATROPHY REVEALED BY VOXEL-BASED MORPHOMETRY (VBM)
Pereira, Amanda Régio; Yasuda, Clarissa Lin MD; Conz, Lívia; Morita, Márcia Elisabete MD; Pereira,
Fabrício R. Bsc; Tedeschi, Helder MD PhD; Oliveira, Evandro MD PhD; Cendes Fernando MD PhD
Department of Neurology UNICAMP (State University of Campinas) - Campinas – SP/Brazil.
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale and objective: We investigated whether patients with mesial temporal lobe epilepsy (MTLE) who
became seizure-free after surgical treatment (Engel IA; Sz-Free Group) have a different pattern of
hippocampal atrophy or diffuse gray matter atrophy (GMA) when compared to patients who did not
achieve seizure control after surgery (Engel IB-IVB; Not-Sz-Free Group).
Methods: We performed manual segmentation of both hippocampus, in preoperative images, of 36 patients
with unilateral MTLE (mean ± SD age of 32.6 ± 10.8 years) who underwent surgery (17 Engel IA and 19
Engel IB-IVB) and 18 healthy subjects (mean ± SD age of 33.1 ± 9.4 years) in order to access hippocampal
volumes. We used 3D volumetric magnetic resonance images (MRI) and the software Display
(http://www.bic.mni.mcgill.ca/software/Display/Display.html) for volumetric measurements (Figure 1).
Next, we performed a voxel-based morphometry (VBM) study of the same patients. We used MRIcro
software (www.mricro.com) to preprocess 3D-MRI and the SPM2 software (www.fil.ion.ucl.a.uk) on
MATLAB7 to perform the initial steps of VBM analysis. We flipped the brains with atrophy in right
hippocampus in order to simultaneously study right and left hippocampal atrophies avoiding left to right
cancellations. To analyze hippocampal volumes, we calculated the Z-scores. We used the nonparametric
Mann-Whitney U test to compare continuous variables. To compare the different patterns of GM atrophy
between Sz-Free and Not-Sz-Free Groups we used the NPM program (http://www.sph.sc.edu/
comd/rorden/workshop/npm/) with non-parametric Brunner and Munzel test. We considered significant
results those with p<0.05.
Results: There was no statistical difference of age between groups of healthy subjects and patients (p=0.94).
However, Sz-Free Group (mean±SD, 29±10.2 years) was younger than Not-Sz-Free Group
(35.6±10.5years), p=0.049. We did not identify any significant differences between Sz-Free Group and
Not-Sz-Free Groups when we compared the Z-score of the affected hippocampus (p=0.704) or nonaffected hippocampus (p=0.612). Both groups showed an ipsilateral GMA in the mesial temporal region,
including hippocampus and parahippocampal structures. We also found significant areas of GMA on
ipsilateral frontal lobe and cingulated gyrus of Sz-Free Group (Figure 2). On the contrary, we identified
areas of extratemporal GMA, including bilateral thalamus, frontal lobes, parietal and occipital lobes,
perisylvian cortices, and cerebellum in Not-Sz-Free Group (Figure 3). Despite the bilateral occurrence of
GMA, the ipsilateral atrophy was more widespread than the contralateral findings.
Conclusion: Our results suggest that younger patients have a better surgical outcome. We identified
significant hippocampal atrophy on both Sz-Free and Not-Sz-Free Groups; however, hippocampal volume
could not be considered as an isolated predictor factor of surgical outcome. The GM atrophy in the NotSz-Free Group was more widespread, indicating that the extension of subtle GMA may be related to the
surgical prognosis in refractory MTLE.
Supported by FAPESP (07/55187-7 ;05/56578-4 and 05/59258-0)
282
Clinical Application
LONG TERM FOLLOW UP OF MESIAL TEMPORAL LOBE STRUCTURES ATROPHY IN PATIENTS
WITH FAMILIAL MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY
Conz Livia¹; Morita, Marcia E. MD²; Coan, Ana Carolina MD²; Kobayashi Eliane MD, PhD³; Yasuda,
Clarissa L. MD²; Pereira, Fabrício R. S. BSc²; Lopes-Cendes, Iscia MD, PhD4; Cendes, Fernando MD,
PhD²
Medical Student, University of Campinas
Departament of Neurology, University of Campinas
3
Montreal Neurological Institute, McGill University, Montreal, QC, Canada.
4
Departament of Medical Genetics, University of Campinas
1
2
CInAPCe Program – MRC-UNICAMP
Rationale: One of the most controversial issues in the epilepsy studies is the relationship between seizures
and progressive brain damage. Clinical and experimental studies already showed an association between
occurrence of seizures and brain damage. Genetic factors, age and type of initial brain injury, as well as
environmental factors can interact, making it difficult to determinate the mechanisms that can cause brain
lesions related to epilepsy. There has been no study showing unequivocal evidence of progressive damage in
patients with benign forms of epilepsy.
Objective: To determinate and quantify the occurrence of progressive volumetric changes in hippocampus
and amygdala in the magnetic resonance imaging (MRI) of patients with familial mesial temporal lobe
epilepsy (FMTLE).
Methods: A longitudinal study based on MRI analyses of images acquired between 1998 and 2007 in the
neurology outpatient clinics of UNICAMP. Two MRI exams from 35 patients (9 men; mean age of 40.7
years, median of 41) with clinical and electroencephalographic diagnosis of FMTLE and from 14 controls
(7 men; mean age 36.6 years, median of 36 years) without family history of epilepsy were analyzed with a
minimum interval of one year. The MRI segmentation (coronal T1 “inversion recovery” weighted images, 3
mm thickness, tip angle of 200º, TR IR 2800; TE=14; TI=840; matrix of 130x256; FOV=16x18cm) of
the hippocampus and the amygdala was made through the manual protocol of the Scion Image ® software.
Results: The volumetric analysis of the first MRI (MRI1) from each patient showed significant amygdala
atrophy (AA) in 18 patients (14 on the right side, 2 on the left side and 2 bilateral) and the analysis of the
second MRI (MRI2) showed AA in 28 patients (17 on the right side, 7 on the left side and 4 bilateral and
symmetric). The group analysis did not show significant difference between patients and controls when
comparing left and right amygdala volumes in the MRI1, nor the left amygdala in the MRI2. (RM1: Right
amygdala D, p=0.072; left amygdala, p=0.521; RM2: Left amygdala, p=0.132). However, there was a
significant difference of right amygdala between patients and controls in MRI2 and in the asymmetry index
(AI) on both MRI1 and MRI2 (RM1: asymmetry index, p<0.0001; RM2: amygdala D, p=0.003;
asymmetry index, p<0.0001). Paired t test did not show significant difference between amygdala volumes
between MRI1 and MRI2. The volumetric analysis of the first MRI of each patient showed hippocampal
atrophy in 22 patients (7 on the right side, 12 on the left side and 3 bilateral) and the analysis of the second
MRI showed hippocampal atrophy in 22 patients (10 on the right side, 10 on the left side and 2 bilateral).
The group analysis showed significant difference between patients and controls in relation to the left and
right hippocampal volume and the asymmetry index, in the MRI1 and also in MRI2 (RM1: hippocampus
R, p=0.002; hippocampus L, p=0.003; asymmetry index, p<0.0001. RM2: hippocampus R, p=0.001;
hippocampus L, p=0.001; asymmetry index, p<0.0001). Paired t test did not show significant difference
between volumes of left and right hippocampus nor in the asymmetry index when comparing MRI1 versus
MRI2 (hippocampus R, p=0.97; hippocampus L, p=0.7; asymmetry index, p=0.5)
Conclusion: FMTLE is a well characterized syndrome, and most of the patients have a good seizure control.
Hippocampal atrophy has already been demonstrated in patients with FMTLE with benign and refractory
seizures, which indicates that factors other than only seizures may influence the volumetric changes in the
mesial temporal lobe structures. Progression of hippocampal atrophy after an interval of more than a year
283
Neurociências
between MRI images was shown in patients with refractory MTLE, but this finding has not been described
in benign forms of MTLE, such as FMTLE. The absence of progression of hippocampal and amygdala
atrophy in this study does not exclude the possibility of progression in a longer period of follow up, as well
as in a larger series. However, this indicates that eventual progression of mesial temporal atrophy is less
pronounced in patients with FMTLE in comparison with surgical series of MTLE.
284
Clinical Application
HIPPOCAMPAL ATROPHY IS RELATED TO MEMORY PERFORMANCE IN MILD COGNITIVE
IMPAIRMENT AND MILD ALZHEIMER’S DISEASE
Marchiani, N C P¹; Balthazar, M L F²; Damasceno, B P²; Cendes, F¹,²
1
2
Neuroimage Laboratory, UNICAMP
Department of Neurology, UNICAMP
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Hippocampal atrophy (HA) has been associated to poor episodic memory performance.
Objective: To relate hippocampal volumetry (HV) and episodic memory performance of patients with
amnestic mild cognitive impairment (aMCI), mild Alzheimer’s disease (AD) and controls.
Methods: Brain magnetic resonance imaging (MRI) with bilateral HV, Mini Mental Status Examination
(MMSE) and Rey auditory verbal learning test (RAVLT) were performed in 14 AD, 14 aMCI and 14
controls. Analysis of variance and a post hoc Tukey’s test were performed for inter-group comparisons and
multiple regressions were carried out to relate HV to neuropsychological data.
Results: AD performed significatively worse on all tests and had more frequent and pronounced HA than
aMCI (though not statistically significant) and controls. HA was associated with lower scores on MMSE
and RAVLT sub items of delayed recall and recognition (p<0.0001).
Conclusion: Our preliminary findings showed that episodic memory impairment correlated with HV in
patients with AD and aMCI.
285
Neurociências
ANATOMO-CLINICAL STUDY OF DENTADE GYRUS OF 77 PATIENTS WITH TEMPORAL LOBE
EPILEPSY RELATED TO MESIAL TEMPORAL SCLEROSIS SUBMITTED TO CORTICO-AMYGDALAHIPPOCAMPECTOMY
Croaro¹, Ingrid; Silva², Alexandre Valotta; Centeno¹, Ricardo Silva; Canzian³, Mauro; Stávale4, João
Norberto; Yacubian1, Elza Márcia Targas; Cavalheiro¹, Esper Abrão.
Escola Paulista de Medicina- UNIFESP- Departamento de neurologia/neurocirurgia.
Escola Paulista de Medicina- UNIFESP- Campus Baixada Santista
3
Médico assistente do laboratório de anatomia patológica do Incor- HCFMUSP
4
Escola Paulista de Medicina- UNIFESP- Departamento de Patologia
1
2
CInAPCe Program – MRC- UNIFESP e USP-SP
Objective: Verify and compare clinical findings and the histopathological pattern observed in the granular
layer of the dentate gyrus of subjects with refractory mesial temporal lobe epilepsy submitted to surgery.
Methods: The clinical data were analyzed and the surgical specimens studied by Nissl procedure and antinuclear neuron specific protein immunohistochemistry (NeuN).The following parameters were analyzed: A)
Hippocampal neuronal loss in CA1, CA2, CA3 and hilar subfields; bilamination, dispersion and granular
cell loss. B) Clinical parameters: gender, age at surgery, initial precipitating event, onset of temporal lobe
epilepsy and complex partial seizure frequency.
Results: Among 77 subjects studied, 52 showed left hippocampal sclerosis (67.5%) and 25 showed right
(32.5%). The mean age at surgery was 34 years and the mean epilepsy duration was 23 years. The mean
frequency of seizures was 5/month. Initial precipitating event was observed in 87% of the subjects and the
epilepsy started around 13 years of age. During post-surgery evaluation, 66.25% of individuals were
completely seizure-free (Engel IA). The histological analysis showed typical pattern of hippocampal
sclerosis: 75.3% of subjects presented intense CA1 neuronal loss; 90% of individuals presented a preserved
or minimal cells loss in the CA2 and subicullum subfields; 80% showed mild to intense loss in CA3; and
70% showed mild to intense cellular loss in the hilus. Referring to the dentate gyrus citoarchitecture,
isolated granular cell dispersion was found in 49.3% of the subjects; only 7.8% of the individuals presented
isolated bilamination of the granular layer, and the association of these two alterations was observed in 39%
of the cases. Most subjects (79.2%) presented mild to moderate cell loss in the granular layer and,
interestingly, cases with no architectural alterations presented preserved or minimal alterations in the
granular layer. Independent of the clinical variables, the most common alteration was granular cell
dispersion, isolated or associated to bilamination.
Conclusion: Apparently, the alterations of the dentate gyrus citoarchitecture did not present direct relation
to the clinical parameters investigated in our study, including post-surgical prognosis.
286
Clinical Application
MULTIMODAL ANALYSIS OF THE EXTRATEMPORAL DAMAGE IN PATIENTS WITH MESIAL
TEMPORAL LOBE EPILEPSY
Diniz, Paula R. B. MSc¹; Velasco, Tonicarlo MD. PhD¹; Escorsi-Rosset, Sara PhD¹; Leite, João P. MD
PhD1; Sakamoto, Americo C; MD PhD¹; Santos, A. Carlos MD PhD²
¹Department of Neurology, FMRP, University of Sào Paulo, Ribeirao Preto, SP, Brazil.
²Department of Internal Medicine – Radiology Division, FMRP, USP-RP
CInAPCe Program – MRC- USP-RP
Rationale: Mesial Temporal Sclerosis (MTS), the most common cause of temporal lobe epilepsy (TLE), is
characterized by gliosis and atrophy of the hippocampus and related structures such as the temporal pole ,
the mamilar body and fornix, for example. However, the brain damage is not limited to these structures, and
has been described posterior temporal changes and extra-temporal damage in TLE patients. Brain atrophy
and tissue loss is progressive and can be measured by quantitative MRI techniques. Atrophy has been shown
in TLE patients using automatic segmentation techniques, which might be related to the seizures frequency
or the use of multiples antiepileptic drugs. Nevertheless, these results are still controversial.
Objective: To study the existence of the brain damage related to MTS and its mechanism. We will use
quantitative MRI techniques and post-processing to compare brain of patients and normal controls (NC).
Methods: We studied 20 NC (10 men and 10 women) and 24 TLE patients (14 men and 10 women) with
age, respectively (mean ± SD): 36.7 ± 11.9, 72 ± 7.1, and 39.5 ± 9.24 years. All patients and NE had a
full clinical follow-up and MRI obtained in 1.5T equipment. The ROI binary maps of white matter
(WM), gray matter (GM), and cerebrospinal fluid (CSF) were segmented and used for value extraction
from MTR maps.
Results: The patient group was significantly different from the normal control group, showing diffuse
lesion of the WM with decrease of 3.84% of MTR, diffuse lesion of the GM with decrease of 6.12% of
MTR and atrophy, with loss of 21.54% of GM’s percentage, and loss of 1.32% of the brain parenchyma
fraction (BPF).
Conclusion: Our results showed the presence of global alterations in TLE. We concluded that exist
evidences of gliosis and demyelination in TLE patients.
287
Neurociências
PERIICTAL EVALUATION OF PATIENTS WITH FOCAL EPILEPSY
Simão, Gustavo N. MD PhD²; Wichert-Ana, Lauro MD PhD¹; Velasco, Tonicarlo MD PhD¹; Alexandre
Jr., Veriano MD¹; Leite, João P. MD PhD¹; Sakamoto, Americo C MD PhD¹; Santos, A. Carlos MD
PhD²
¹Department of Neurology, FMRP, USP-RP
²Department of Internal Medicine – Radiology Division, FMRP, USP-RP
CInAPCe Program – MRC- USP-RP
Rationale: Periictal brain changes have been reported since the early eighties, including focal edema and
contrast enhancement. Those findings are transitory, resolved over hours, and are presumed to be localized
into the source of the ictus. However, just a few patients, in general after status epilepticus, present such
eloquent images. The majority of periictal MRI are normal under subjective analysis. Because non
conventional MRI modalities such as magnetization transfer and diffusion, as well as quantitative T2, might
access signs not visible to normal appearance exams, we hypothesized that quantitative MRI can identify
ictal zone in patients with normal MRI with immediately periictal evaluation and post processing.
Objective: to investigate postictal magnetic resonance images, with structural and quantitative methods,
including apparent diffusion coefficient, T2 relaxation time and magnetization transfer ratio, in focal
epilepsy, in order to detect transitory alterations after a single seizure.
Methods: We studied 17 patients with focal epilepsy both postictaly and interictally. A statistical test was
performed on each patient’s apparent diffusion coefficient, T2 relaxation time and magnetization transfer
ratio data, in postictal versus interictal scans. Different areas were compared, the site of the epileptic focus
and remote areas, including the thalami, splenium of the corpus callosum and the hiperperfusion area in the
postictal SPECT exam.
Results: The statistical analysis detected significant decrease of the apparent diffusion coefficient in the
probable site of the epileptic focus, but not with the others methods. No significant changes in apparent
diffusion coefficient, T2 relaxation time and magnetization transfer ratio were noted in the remote areas.
Conclusion: The post ictal reduction of diffusivity probably reflects cellular swelling into the area of the
seizure onset. Our results demonstrate that water diffusion can change even after a single seizure in the area
of the epileptic focus. More accurate study must be performed with high field MRI to improve post ictal
changes detection.
288
Clinical Application
CHANGES IN HIPPOCAMPAL CONNECTIVITY IN MESIAL TEMPORAL LOBE EPILEPSY:
EVIDENCE FROM RESTING STATE FMRI
Pereira, FRS¹; Alessio, A1; Sercheli, MS²; Bilevicius, E1; Ozelo, H²; Rondina, JM¹; Pedro, T¹; Zibetti,
MVW³; Castellano, G²; Covolan, RJM²; Damasceno, BP¹; Cendes, F¹.
. Laboratory of Neuroimaging – FCM – University of Campinas - UNICAMP
. Institute of Physics Gleb Wataghin - University of Campinas - UNICAMP
3
. Institute of Mathematics, Statistics and Scientific Computation- University of Campinas - UNICAMP
1
2
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale and objective: Functional connectivity was defined as correlation established between remote brain
areas. During resting state, temporal synchrony of very low frequency fluctuation has been associated to
spatially distinct functional regions. In this work we intend to investigate functional connectivity (fcMRI)
between left and right hippocampi with other brain regions in patients with respectively left and right medial
temporal lobe epilepsy (MTLE) and normal controls.
Methods: FMRI-EPI scans (TR=2s, TE=45ms, FOV 3x3mm, thickness=6mm; Elscint Prestige 2T MR
scanner; Elscint, Haifa, Israel) were obtained in 9 controls, 9 patients with left MTLE, left hippocampal
atrophy and unilateral (left) EEG abnormalities and 9 patients with right MTLE, right hippocampal
atrophy and unilateral (right) EEG abnormalities. Subjects were instructed to rest and not think of anything
in particular during acquisitions. All functional images were reconstructed using Matlab routines, realigned,
normalized and smoothed (FWHM=6mm) by Statistical Parametric Mapping - SPM5
(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm) and temporal filtered, highpass (f>0.01 Hz) and lowpass (f<0.08), in
AFNI (http://afni.nimh.nih.gov/afni). Left and right hippocampi time series were individually masked by
AAL atlas and their mean were calculated to be used as seeds for correlations with each one of the whole
brain time series voxels. Voxels presenting correlations with p>0.001 (uncorrected) were excluded from
further analyzes. Individual Pearson correlation scores were also converted to t-test values and we applied a
Fisher’s z-transform in each run to improve the normality of these correlated images. The z-values were
entered into a random effect one-sample t-test. Individual functional maps were then entered into a secondlevel random effects analysis to determine the brain areas with significant functional connectivity across
groups using two-sample t-test statistic. All contrasts reported were thresholded at p<0.001 (corrected for
multiple comparisons) at the voxel level.
289
Neurociências
Results: Using left hippocampus as seed, we found strong functional connectivity among most voxels in the
left hippocampus, centered at (x=-21, y=-13, z=-17) in Talairach coordinates, for the control group
(Figure 1A). We also could detect high correlation between left and right (x=20, y=-24, z=-15)
parahippocampi gyrus in this group (Figure 2A). These findings were completely different for the other two
groups. While there was insignificant left-right hippocampi functional connectivity in both patients groups,
the functional connectivity map for the group of the patients with right MTLE (Figure 1B) showed
stronger correlation in left hippocampus, centered at (x=-24, y=-16, z=-18), than the group of the patients
with left MTLE (Figure 1C), centered at (x=-26, y=-26, z=-17), but weaker correlation compared to that
of the control group. Respectively, the maximum t-score was achieved in the control group followed by the
group of the patients with right MTLE and the group of the patients with left MTLE. Taking in account
the right hippocampus as a seed, we found strong correlation among the voxels in the right parahippocampal
gyrus centered at (x=28, y=-17, z=-18) for the control group (Figure 1D). This correlation was smaller in
intensity and in extent of the cluster when compared to the homologue situation described above. In the
control group we also could detect high correlation between right hippocampus and substantia nigra (Figure
2B) centered at (x=-8, y=-20, z=-8). There were no evidences of significant correlations from right to left
hippocampi as was observed and described above. The functional connectivity map for the group of patients
with right MTLE (Figure 1E) showed stronger correlation in right hippocampus, centered at (x=20, y=-15,
z=-18), than the group of the patients with left MTLE (Figure 1F), centered at (x=28, y=-16, z=-19), but
weaker correlation compared to the control group. Respectively, the maximum t-score was achieved in the
control group followed by the group of the patients with right MTLE and the group of the patients with
left MTLE.
Conclusion: The method of functional connectivity was sensitive to detect differences between patients with
left MTLE and controls in the organization of inter-relationships among brain regions. This study
demonstrated a dysfunction in the normal interconnections of the epileptogenic hippocampus in patients
with MTLE during resting state, which may be related to the anatomical (atrophy) or functional (epileptic
spikes) abnormalities, or both. FCMRI may be an alternative and complementary method for investigation
of focal brain dysfunction and plasticity in patients with epilepsy.
290
Technical, Methods Development
TECHNICAL, METHODS DEVELOPMENT
291
Neurociências
292
Technical, Methods Development
CLUSTERING BY OPTIMUM PATH FOREST AND ITS APPLICATION TO AUTOMATIC WM/GM
CLASSIFICATION IN MR-T1 IMAGES OF THE BRAIN
Cappabianco, Fábio A. M. MD¹; Falcão, Alexandre X. PhD¹; Rocha, Leonardo M. MD²
1
2
Institute of Computing, University of Campinas
School of Electrical and Computing Engineering, University of Campinas
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Objective: Classify automatically the brain tissues in T1-weighted magnetic resonance images.
Methods: We used a novel method to correct inhomogeneity and the Optimum Path Forest (OPF)
clustering algorithm to classify the brain tissues. To correct inhomogeneity we first select some voxels with
low intensity in the surface of the brain called reference voxels. Then, the intensity of each voxel receives the
difference between its original value and the intensity of the nearest reference voxel(Figure 1). The OPF was
adapted to handle huge data sets, like the voxels of an image. First, a few voxels are randomly selected from
the image. Then the OPF is computed over the samples resulting in two clusters or trees, one representing
the gray matter (GM) voxels and the other the white matter(WM) voxels. The remaining voxels are
classified incrementally, identifying the tree that would contain each voxel if it was part of the forest.
Figure 1: Left:example of reference voxels; middle: original brain; right: inhomogeneity corrected.
Results:
Preliminary
results
on
GM/WM
classification
in
synthetic
images
(www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb/) and real images (www.cma.mgh.harvard.edu/ibsr/) demonstrate that
the method is as accurate as the state-of-the-art approaches. The accuracy for synthetic brains, with noise
from 3% to 9% and inhomogeneity of 20% and 40%, was from 93.1% to 96.5% for GM and from
89.7% to 95.2% for WM. Figure 2 shows the result for 3% of noise and 20% of inhomogeinity. Figure 3
contains the results for real images. The accuracy was from 85.3% to 93.8% for GM and from 80.0% to
89.5% for WM. Dice metric was used to measure accuracy. Inhomogineity correction enhanced the results
up to 3% on the worst images. One image is classified in about 2.0 minutes.
Figure 2: Phantom 1 input and classification. The white voxels are
misclassified..
293
Neurociências
Figure 3: IBSR 1 input and its classification. The white voxels are misclassified.
Conclusion: Our preliminary results show those atlases are not needed to classify brain tissues. The
classification can be fast using OPF algorithm, with precise results. The inhomogeneity must be eliminated
to enhance classification.
Supported by FAPESP (2005/56578-4, 03/13424-1, 05/59902-7) and CNPq (302427/2004-0)
294
Technical,, Methods Development
DIFFUSIION TENSO
OR IMAGING
G SEGMENT
TATION BY WATERSHE
W
D TRANSFO
ORM
ON TEN
NSORIAL MO
ORPHOLOG
GICAL GRAD
DIENT
Rittner, Leticia
L
MSc; Lotufo, Roberto PhD
School of Electrical annd Computerr Engineeringg, University of
o Campinas - UNICAMP
P
CInAPCe Program – MRC- UNIC
CAMP
Rationale
le: diffusion tensor
t
imaginng (DTI) seggmentation is
i a relativelyy new and chhallenging tassk. Either
classical segmentationn methods haave to be adaapted to deall with tensorrial information or complletely new
segmentaation methodss have to be developed
d
to accomplish thhis task.
Objective
ve: to proposee the computaation of the tensorial
t
morrphological grradient (TMG) of diffusiion tensor
images (DTI).
(
The TMG
T
enablees the use off classical seegmentation methods,
m
usuually applied to scalar
images, to segment DT
TI.
Methods
ds: first, the tensorial moorphological gradient wass computed. transformingg the diffusioon tensor
images (D
DTI) in scalaar ones. Thenn, segmentatioon was obtainned using classsical segmentation methodds, such as
IFT-baseed watershed transform annd threshold.
Results: Synthetic
S
andd real DTI weere segmentedd using the prroposed TMG and the waatershed transsform. All
segmentaation results confirmed
c
thhat the propoosed method is capable to segment diff
fferent diffusiion tensor
images, inncluding noissy and real onnes.
Legend: DTI from a rat spinal coords phantom and its segmeentation by waatershed transfform on tensoorial
morphollogical gradientt (TMG)
Conclusiion: The strrength of thhe proposed segmentatioon method is its simpllicity and roobustness,
consequeences of the tensorial
t
morrphological grradient (TMG
G) computattion. It enablees the use, noot only of
well known algorithm
ms and tools from the maathematical morphology,
m
b also of anny other segm
but
mentation
method to
t segment DTI,
D since thee computationn of the tensoorial morphollogical gradiennt transformss tensorial
images inn scalar ones.
295
Neurociências
CLOUDS: A MODEL FOR SYNERGISTIC IMAGE SEGMENTATION
Miranda, Paulo A.V. MS; Falcão, Alexandre X. PhD
Institute of Computing, State University of Campinas
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Image segmentation involves effective object recognition and delineation. Recognition is the task
of determining an object's approximate whereabouts and location in the image. Delineation completes
segmentation by defining the precise spatial extent of the object. Segmentation methods can be divided into
model-based and image-based approaches. Model-based methods create statistical models by employing
supervised learning. Active shape models (ASM) and atlas-based approaches are examples of model-based
methods that have been used for MR image segmentation of the anatomic structures of the brain. Accurate
registration is a separate problem in these methods which is also required for effective object recognition. In
ASM, landmarks have to be selected on the surface of the training objects and their correspondence provides
a statistical model of possible variations in shape. The registration between the image and the model is
required for recognition. Delineation sometimes ignores important image information, by the act of forcing
the results to fit with the model. Brain atlases are usually created by registration of training images based on
certain landmarks and with no segmentation. In the reference space, image structures suffer from different
degrees of distortion and the matching among corresponding voxels is imprecise. Image-based methods
exploit image properties for more effective delineation, but their lapses in global information makes
recognition an insurmountable problem. In order to reduce/eliminate the need for user intervention, it is
then important to combine recognition by model-based approaches with delineation by effective imagebased methods.
Objective: To present a hybrid approach, called clouds, that exploits recognition and delineation in a
synergistic way, and its application to MR image segmentation of the brain with evaluation for several
structures.
Methods: For a given structure of interest (e.g., cerebellum), a set of training objects must be provided.
These objects should capture among them shape variations of that structure in order to teach the computer
how to recognize it in the image. Instead of registering them as in ASM, we only translate them onto a
common reference point (geometric center) and separate them into groups (clusters) of high similarity in
shape, rotation and scale. In medical imaging it is possible to acquire images as per a disciplined regimen so
that a small number of groups will suffice (one in many instances). The average of the objects in each group
creates (i) an interior region consisting of voxels that belong to all objects of the group, (ii) an exterior
region with voxels that do not belong to any object in the group, and (iii) an uncertainty region composed
of voxels that belong to some but not to all objects in the group. The fuzzy appearance of the resulting
image resembles a cloud (Figure 1a). The cloud model then is a triple consisting of a set of clouds (one
cloud per group), a delineation algorithm (image-based approach), and a functional. To segment a new
image, each cloud moves over the image and, for each position, delineation is done inside the uncertainty
region (Figure 1b) to obtain a candidate object. The functional is evaluated to obtain a matching score for
recognition, by taking into account local and global object properties (e.g., shape and texture). The desired
segmentation is expected to be the one with maximum score among those obtained from all clouds (Figure
1c). Note that delineation is constrained in the uncertainty region, which is defined by the model, but the
delineation method exploits image properties according to the image-based approach. Recognition is based
on the functional, but it is applied to the delineated objects. Thus, the model employs recognition and
delineation in a tightly coupled manner.
Implementation: The grouping can be done by mapping the training objects as nodes of a complete graph,
whose arcs between objects are weighted by their similarity values. The similarity between objects can be
measured, for example, by Dice similarity. The graph can be partitioned into maximal clicks (groups), where
all pairs of objects have similarity above a threshold. In this work, we found that a single cloud is sufficient
for each structure. For delineation, we used the watershed based on the image foresting transform (IFT).
296
Technical, Methods Development
We used the mean-cut graph-cut measure as functional to compute a score for each candidate object
obtained by the delineation algorithm. The MR-T1 images were interpolated to the same cubic dimensions
(0.98 mm³) and aligned by the mid-sagittal plane (MSP). This allows a single cloud for each structure and
the MSP also reduces the search region.
Results: The brain structures segmented in this work are: (S1) the brain (GM + WM) without medulla
and spinal cord, (S2) the cerebral hemispheres without medulla, spinal cord, and cerebellum, (S3) the
cerebellum, (S4) the right hemisphere without medulla, spinal cord, and cerebellum, and (S5) the left
hemisphere without medulla, spinal cord, and cerebellum (Figure 2). We have evaluated the method on the
MRI datasets of 18 normal subjects from both sexes, in the age range from 25 to 49 years. The images were
acquired with a 2T Elscint scanner and voxel size of 0.98 × 0.98 × 1.00 mm³. We used the leave-one-out
approach to compute the mean and standard deviation of the Dice similarity measure between the interactive
(ground truth) and automatic segmentation results, and the mean execution times for each segmentation
using a 3GHz Pentium IV PC. Table 1 shows that accurate results can be obtained in a few seconds.
Figure 1: (a) A 2D cloud from coronal slices of the cerebellum. (b) The uncertainty region over a
test image. (c) For each position the functional is evaluated to obtain a recognition score.
(b)
Figure 2: (a) The brain is extracted without medulla and spinal cord (S1), then (b) both
hemispheres are extracted (S2). (c) The cerebellum (S3) is obtained by constraining the
search within the intersection of the MSP and the residue of S1 minus S2. (d) The
hemispheres S4 and S5 are separated from each other by constraining the search to the right
and left sides of the MSP.
297
Neurociências
Table1: Mean times and mean and standard deviation of the Dice similarity.
Object
Mean
Std dev (%)
Time (s)
S1
S2
S3
S4
S5
97.86
98.03
94.35
97.40
97.28
0.45
0.41
1.08
0.34
0.48
18.7
12.2
1.9
4.1
4.1
Conclusion: We introduced clouds, a new approach for synergistic image segmentation, which weaves
delineation and recognition as tightly coupled tasks for more effective segmentation. The method consists of
a fuzzy shape model, a delineation algorithm (image-based approach), and a functional. We implemented it
using an IFT algorithm for delineation and the mean graph-cut measure as functional. The method was
evaluated in a difficult segmentation task involving brain structures in MR-T1 images and presented highly
accurate results obtained within a few seconds per structure. Clouds seems to be a simple yet powerful
model-based strategy that achieves automation in both recognition and delineation. Our future goals will be
to expand the purview of the model, to segment other GM structures, and to carry out more extensive
evaluation.
Supported by FAPESP (Grants 05/59808-0, 05/56578-4 and 03/13424-1) and CNPq (Grant
302617/2007-8)
298
Technical, Methods Development
AUTOMATIC AND MANUAL QUANTIFICATION OF IN VIVO 1H-MRS DATA FOR
CLASSIFICATION OF HUMAN BRAIN TUMORS
Cuellar, S.1 MSc.; Morais, L.T² BSc.; Cendes, F² MD.; Faria, A.V² MD.; Castellano, G¹ PhD
1
2
Instituto de Física “Gleb Wataghin”, Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, Brasil
Faculdade de Ciências Médicas, Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, Brasil
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: In-vivo Proton Magnetic Resonance Spectroscopy (1H-MRS) is a revolutionary and promising
approach to assess biochemical content and pathways developed in normal and pathological tissue. In the
brain, where 1H-MRS is frequently applied, it complements the information given by magnetic resonance
(MR) images. Quantification of the principal metabolites detected by MRS at long or short echo times can
provide quantitative information about these substances, which are involved in different processes in the
nervous system. In brain tumors, biochemical pathways as glycolisis can increase lactate levels, enzymatic
abnormal activation can increase choline levels and neuronal damage can decrease N-acetylaspartate (NAA)
levels. Also, many other known and unknown pathological conditions related to genetic, osmotic, nutritional
and energetic stresses change the concentrations of these metabolites, as well as the concentrations of other
detectable metabolites such as creatine and lipids. Several publications have been aimed at assessing the
metabolic patterns of brain tumors, attempting to classify them according to histological diagnosis,
aggressiveness, clinical outcome etc. Some studies have been directed towards the comparison between
different kinds of spectral fitting methods, either in the time or frequency domain. The more accurate
measurement of these metabolites concentrations can contribute to the improvement of diagnosis and
treatment, and increase our knowledge about brain tumors metabolism.
Objective: The main goal of our work was to corroborate the usefulness of proton magnetic resonance
spectroscopy (1H-MRS) for the classification of brain tumors, comparing results obtained by manual and
automatic quantification of the metabolites.
Methods: In-vivo single-voxel 2 Tesla 1H-MRS at an echo time of 136 ms was performed in 24 control
subjects and 30 patients with brain neoplasms that included meningeomas, high and low grade neuroglial
tumors, pilocytic astrocitomas and metastases. Time domain fitted areas of seven metabolites (Lactate,
Lipids, N-acetylaspartate, Glutamate and Glutamine group, Creatine, Choline, Myo-inositol) were evaluated
in all spectra using two methods: the AMARES (Advanced Method for Accurate, Robust and Efficient
Spectral fitting) quantification method implemented into the jMRUI software (http://www.mrui.uab.es)
and the manual method consisting of integration of manually defined peak areas.
Results: We can see that both automatic and manual analyses show differences in metabolite amounts
among tumor groups and controls (p < 0.005). The accuracy was 78% for high grade neuroglial tumors,
70% for meningeomas, 98% for pilocytic astrocytomas and 100% for control subjects in the automatic
method and 75% for high grade neuroglial tumors, 55% for meningeomas, 56% for pilocytic astrocytomas
and 100% for control subjects in the manual method.
299
Neurociências
Legend: Discriminant distributions among tumor groups for Manual (right) and Automatic (left) methods. Red
corresponds to neuroglial tumors (group 1), blue to non-neuroglial tumors(group 3) and green to Pilocytic
Astrocytomas (group 4).
Conclusion: These data confirmed that MRS is useful on differentiating normal and tumoral brain tissue
and confirmed the superiority of the automatic quantification method. A better model to classify tumors
according to histological type is expected, once the sample size is expanded.
300
Technical, Methods Development
IMPLEMENTATION OF A SYSTEM FOR REAL TIME SPACE LOCALIZATION OF CEREBRAL
REGIONS FOR TMS APPLICATION BY MRI CO-REGISTER
Peres, ASC MSD; de Araujo, DB PhD; Rodrigues, EM; Baffa, O PhD
Departamento de Física e Matemática, FFCLRP - USP
CInAPCe Program – MRC - USP-RP
Rationale: Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a technique that uses specific pulses of magnetic
field, capable to induce a local intense electric field sufficient to depolarize neurons of the cortex. However,
this technique presents a low space resolution and uses subjective parameters to locate the place where the
magnetic pulse will be applied.
Objective: Aiming to reduce this subjectivity, we developed a neuronavigator software that uses spatial
information of functional magnetic resonance images (fMRI), thus determining the place that will be
stimulated with more precision.
Methods: In a first trial, fMRI examinations were performed in 10 asymptomatic volunteers. The protocol
used consisted in mapping the neural network involved to perform a simple motor process, making use of a
finger tapping task in a block paradigm. The images were acquired by a 1.5 T MRI scanner (Siemens,
Magnetom Vision), using a fast EPI acquisition sequence. We used a standard gradient echo 3D sequence,
weighed in T1 in the sagittal plane, with 1mm3 of isotropic voxel for the co-register with statistical maps.
The images were processed with the software Brain Voyager QX 1.8 (Brain Innovation, Maastricht,
Holland). The neuronavigator was developed in Matlab® 6,5 environment (Mathworks, Sherborn, ME,
U.S.A.), and makes use of spatial information from a 3D localization system (Polhemus Fasttrack,
Colchester, VT, U.S.A.), that was positioned on the head of the volunteers, allowing the navigator to track,
in real time, the respective positions in fMRI. With the help of the neuronavigator, the cortex of this group
of individuals was stimulated using TMS over the motor region located by fMRI. The efficiency of the
stimulation was monitored by an electromyography (EMG) located in the abductor muscle of the hand
thumb.
Results: The results indicate that, with the use of the neuronavigation, it was possible to stimulate the
motor region in 100% of the studied volunteers when guided through their respective fMRIs. The position
of the maximum activity deviation between the values obtained by the Motor Evoked Potential and the
functional maps were of (7.5 ± 5) mm.
Conclusion: We believe that, not only the system is an important option to assist traditional
neurofunctional examinations, as well as it has conditions of being applied in clinical research, either as a
way of testing well established examinations, or as a direct application usage in repetitive TMS.
301
Neurociências
FAST AND PRECISE MID-SAGITTAL PLANE LOCATION IN 3D MR IMAGES OF THE BRAIN
Bergo, Felipe P.G. PhD; Ruppert, Guilherme C.S.; Pinto, Luiz F.; Falcão, Alexandre X. PhD
LIV, Institute of Computing, UNICAMP
CInAPCe Program – MRC - UNICAMP
Rationale: The human brain is not perfectly symmetric. However, for the purpose of analysis, it is
paramount to define and distinguish a standard of asymmetry, considered as normal for any given
measurement, from abnormal asymmetry, which may be related to neurological diseases, cerebral
malformations, surgical procedures or trauma. The ideal separation surface between the hemisferes is not
perfectly planar, but the mid-sagittal plane (MSP) can be used as a reference for asymmetry analysis, without
significant loss in the relative comparison between normal and abnormal subjects. The MSP location is also
important for image registration.
Objective: We present a fast MSP extraction method for 3D MR images of the brain, which is based on
automatic segmentation of the brain and on heuristic maximization of cerebro-spinal fluid within the MSP.
The method is robust with regard to severe anatomical asymmetries between the hemispheres, caused by
surgical procedures and lesions.
Methods: The MSP location method has 3 main steps: (i) brain mask computation, (ii) initial MSP location
and (iii) MSP optimization. Brain mask computation provides a binary brain mask that includes the brain
(WM+GM) and the longitudinal fissure, but excludes the ventricles and large CSF-filled cavities. We
obtain the brain segmentation by automatic tree pruning technique (Bergo2007), and then apply a sequence
of 3D morphological filters to include/exclude the desired tissues and structures. For the next steps, we use
the mean voxel intensity in the intersection between a plane and the brain mask as a score of CSF presence.
Lower scores mean more CSF is contained in the candidate plane. In the second step we compute this score
for all sagittal planes in the volume and select the plane with lower score and intersection area larger than 10
000 mm2 as the initial MSP. In the final step, we optimize the candidate plane by applying a set of 42
candidate transforms to it (18 translations, by 1 mm, 5 mm and 10 mm steps in all directions; and 24
rotations, by 0.5o, 1o, 5o and 10o steps in all directions). If any of the 42 transforms provide a lower score,
the plane is transformed and the procedure is repeated. The algorithm halts when no transform provides a
lower score.
Results: We evaluated the method on 64 MR datasets divided in 3 groups: A control group with 20
datasets from subjects with no anomalies, a surgery group with 36 datasets from patients with significant
structural variations due to brain surgery, and a phantom group with 8 synthetic datasets with varying levels
of noise and inomogeneity, taken from the BrainWeb project. For each of the 64 datasets, we generated 10
variations (tilted datasets) by applying 10 random transforms composed of translations and rotations of up
to 12 mm and 12o in all axes. The method was applied to the 704 datasets (64 untilted, 640 tilted), and
visual inspection showed that the method correctly found acceptable approximations of the MSP in all of
them. Fig. 1 shows sample slices of some datasets and the computed MSPs. The MR resolution limits
angular accuracy to about 0.5o. Variations above 3o occurred only in situations where the longitudinal fissure
was not planar and there was some degree of freedom in the choice of the MSP (Fig. 2). The mean angular
error between planes computed for tilted volumes of a same patient was 1.33o (s.d. 0.85o) in the control
group, 1.32o (s.d.1.03o) in the surgery group, 0.85o (s.d. 0.69o) in the phantom group and 1.26o (s.d. 0.95o)
overall. The method took about 60 seconds to locate the MSP of each subject.
302
Technical, Methods Development
Fig. 1: Sample slices with the located MSPs. (a)-(d): samples from the control group. (e)-(h): samples
from the surgery group. (i)-(l): samples from the phantom group.
Fig. 2: Two examples of non-planar fissures: (a) MR slice,
(b) actual fissure and (c) computed MSP. (d) MR slice, (b)
actual fissure, (c) computed MSP.
Conclusion: The method succeeded on all datasets and performed equally well on healthy and pathological
cases. Rotations and translations of the datasets led to mean MSP variations around 1o, which is not a
significant error considering the discrete space of MR datasets. MSP variations over 3o occurred only in
cases where the longitudinal fissure was not planar, and multiple planes fitted different segments of the
fissure with similar scores.
Supported by FAPESP (05/56578-4, 03/13424-1) and CNPq (302617/2007-8).
303
Neurociências
THE INFLUENCE OF SOME TSE PARAMETERS IN THE HIGH RESOLUTION MRI AQUISITION
OF EX VIVO HIPPOCAMPUS AT 3,0T
Tancredi, Felipe Eng.; Amaro Jr, Edson MD, PhD
Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa Albert Einstein
CInAPCe Program – MRC-Albert Einstein
Rationale: MR image quality can be evaluated through CNR and SNR quantification as well as a signal
profile analysis. For any MR acquisition there is always a compromise between SNR, time of acquisition
and spatial resolution given a certain experimental set of conditions, which are represented by equipment
and pulse sequence employed. The hippocampal formation is critical in the genesis of chronic epilepsy, and
its MR signal basis is still not entirely understood.
Objective: The purpose of this study was to explore the influence of pulse sequence parameters in the
quality of ex vivo hippocampus high resolution images.
Methods: We conducted a series of MR measurements in a 3T system (Tim-Trio, 32/102, Siemens) to
evaluate the influence of Fat Saturation, BW reception, TE, TR, interpolation, Flip Angle and Turbo Factor
in image quality. The hippocampus specimen was maintained in formaldeide, and we used a small C/P wrist
coil to collect T2-weighted images in a turbo spin-echo acquisicion. The CNR and signal profiles were
calculated and compared with the aid of Osysix and ImageJ softwares.
Results: FatSat and BW experiments confirmed that fat has fairly no influence in the total signal acquired,
for in the experiments that followed we did not concern about chemical shift artifact issues. The BW
experiments also suggested that the best readout bandwidth is around 60% of the pixel bandwidth. The
optimum TE to enhance CNR seems to be around 70 ms. The TR influence was evaluated together with
FA’s. T1-weighted images had low signal and decreasing FA didn’t change much that. It was noted that the
T1 contrast was rather smaller than the T2 and as previously supposed the best approach to enhance CNR
would be to use a high TR coupled with 180º refocusing pulses. The interpolation tests showed that it can
be employed in high-resolution acquisition with no substantial loss of CNR. Lastly, the experiments in
which turbo factor were far not conclusive.
Conclusion: The present work aimed at stablishing some routes towards the obtation of micro MRI
(≤100μm). We have obtained results considered of sufficient quality to test the hypothesis related to historadiological correlation and the basis of MR signal in ex vivo specimens.
304
Technical, Methods Development
A RIGID REGISTRATION METHOD FOR 3D MR IMAGES OF THE HUMAN BRAIN
Favretto, F. O.; Bergo, F. P. G; Falcão, A. X.
LIV – Institute of Computing – UNICAMP
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Objectives: Image registration is an important problem with several applications in Medical Imaging. Intra-
subject rigid registration requires a minimal set of parameters to be computed, and is sufficient for organs
with no significant movement or deformation, such as the human brain. Rigid registration has also been
used as the first step before intersubject deformable registration. We are presenting a fast and automatic
method for 3D rigid registration of magnetic resonance images of the human brain.
Methods: A 3D MR image is a pair (DI, I) where DI Z3 is the image domain and I(v) is the intensity of
a voxel v = (x, y, z) DI . Let = (DI, I) and = (DJ, J) be the source (reference) and the target images of
the brain for registration. The point subsets in DI and DJ are defined as SI and SJ , respectively, and
composed by the voxels on the respective brain surfaces. We assume that and are aligned by the midsagittal plane (MSP), using the approach proposed in [3], which in turn segments the brain by automatic
tree pruning [2]. We need to search only for a rigid transformation T, which performs rotation θz around
the z-axis and translations tx and ty along x and y axes. Considering all possible combinations of θz
{0±,±0.5±,±1±,±5±} rotations and tx, ty {0mm,±1mm,±5mm} translations, we define a basis Φi, i=
1, 2, . . . , n, of n = 175 transformations. The optimum transformation function T is computed as a
sequence of transformations Φi, which produces strictly decreasing matching errors. For a given T, a
subimage
= ( , J) is created by applying T(SJ) = J,, and the registration error is measured by a
distance/similarity function D( S , S ) defined as the total absolute error between voxel coordinates. A
greedy-search algorithm was proposed to find the best match between source and target images. The
algorithm does not guarantee the global optimum, but produced very accurate results in all evaluated cases.
Algorithm 1. Greedy Transformation Search
INPUT:
Images S = (SI,I) and S =(SJ,J), distance function D, transformation basis, Φi, i= 1, 2, . . . ,
n,
OUTPUT: The best transformation T.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Set T = identity transformation I and Dmin D( S, S).
Repeat
Set k nil.
For i = 1 to n do
Set T’ T × Φi and ’S
Set d D( S, ’S).
If d < Dmin then
Set Dmin d, k i.
If k ≠ nil then Set T T × Φk.
Until k=nil.
Return T.
Results: We performed tests with two sets of images. Both sets were based on 20 MR-T1 volumes of the
brain. For each aligned source image, we generated 5 transformed targets, totalizing 100 source-target image
pairs. In the first set, the source and target images differ only by a known rigid transformation (rotations
and translations). In the second set, we created synthetic lesions in the target images, Figure 1, and then
applied known rigid transformations to them.
305
Neurociências
Figure 2. Sample slices of an MR volume with a synthetic lesion: (a) coronal, (b) sagittal
and (c) axial.
We computed the mean error and standard deviation of the error for each parameter. We also measured the
mean time required to perform the search with Algorithm 1 running on an Athlon64 X2 3800+ (2.0
GHz). The results are shown in Table 1.
Table 1. Evaluation of the registration method: Mean error (with
parameters and mean search time.
Set
Rz Mean Error
Tx Mean Error
First
Set
(no 0.12º ( = 0.21) 1.00mm (
=
lesion)
0.86)
Second Set (lesion) 0.17º ( = 0.28) 1.09mm (
=
0.96)
standard deviations ) for the 3 registration
Ty Mean Error
Search Time
0.85mm (
= 19s
0.85)
0.96mm (
= 23s
0.98)
The registration error is not significantly affected by the presence of the synthetic lesions. These results
show that the proposed method can be applied for rigid registration of MR images of the brain even in the
presence of lesions. Figure 2 shows slices from an image pair in this set. In that particular example the
translation error was about 1 voxel (0.98 mm).
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Figure 2. Checkerboard display of source and registered (target) brain
masks: (a) coronal view, (b) sagittal view, and (c) axial view. White
squares come from the target and gray squares come from the source.
This target has a synthetic lesion not present in the source image. (d),
(e), (f): checkerboard display of source and target MR images. The
visible squares represent the lesion.
306
Technical, Methods Development
Conclusion: We presented a simple and fast rigid registration method that can be applied to 3D MR images
of the brain. It is based on automatic brain segmentation [2], automatic mid-sagittal plane location [3],
image aligment, and a greedy transformation search. As future work, we intend to test the method in clinical
data with actual lesions (pre- and post-surgical images).
supported by CNPq 302617/2007-8 and FAPESP 05/56578-4, 03/13424-1, 07/53608-5.
307
Neurociências
GRANGER CAUSALITY AND BRAIN CONNECTIVITY FROM EEG-FMRI DATA
Sato, João Ricardo, PhD
NIF/LIM44-Institute of Radiology, School of Medicine - University of São Paulo
CInAPCe Program – MRC- USP-SP
Rationale: Most studies using fMRI and EEG acquisition focus on brain mapping, i.e.: localizing the
activation of neural modules in response to certain stimuli. However, the interaction and influences between
different neural modules are crucial to obtain a realistic characterization of cognitive processing. Regarding
this question, it is necessary to develop new methodologies for EEG and fMRI signals, with main concern
on connectivity identification.
Objective: In this work, we introduce a new approach for BOLD signal prediction using EEG data and
show how this approach can be combined with Partial Directed Coherence to identify the information flow
between neural modules, in a data driven analysis.
Methods: We developed an approach based on the contrained general linear model (GLM) to estimate the
transfer function from EEG signals of specific channels to BOLD signal. The method allows brain mapping
of EEG channels, correlating the electrical processes with haemodynamic coupling. The connectivity analysis
was carried out by using the Partial Directed Coherence (PDC), which is a version of linear Granger
causality in frequency domain. This allows the discrimination of information flow intensity at different
frequencies.
The methods are illustrated in real simultaneous EEG-fMRI data of a visual stimulation
experiment and in a resting state (eyes closed) acquisition.
Results: It was found that the voxels which BOLD signal can be predicted using the channels O1, O2, P3
and P4 are mostly in occipital and parietal cortex. In addition, the transfer function EEG-to-BOLD is a
low-pass filter. PDC analysis confirmed that EEG data is more informative than fMRI to identify the
information flow from different brain areas. In summary, visual experiment data revealed an increase in
information flow from occipital to parietal cortex at beta and gamma frequencies, when the subject was
stimulated. The resting state experiment analysis, point out a strong information flow from occipital to
parietal cortex at alpha band.
Conclusions: New approaches for simultaneous EEG-fMRI data analysis were proposed. The concepts are
Illustrated in real simultaneous EEG-fMRI acquisition of preliminary data in the CInAPCe project, which
reaveled some prominent results.
308
Technical, Methods Development
ANALYSIS OF TEXTURAL FEATURES PRESENT IN COMPUTERIZED TOMOGRAPHY (CT) OF
PATIENTS WITH ACUTE ISCHEMIC STROKE
Oliveira1, Márcia S.; Fernandes², Paula T.; Castellano¹, Gabriela; Santos1, Sérgio L. M³; Li, Li M.²,³
Department of Cosmic Rays and Chronology – Institute of Physics Gleb Wataghin –UNICAMP
Neurovascular Program – Faculty of Medical Sciences – UNICAMP
3
Laboratory of Neuroimage - FCM/UNICAMP
1
2
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Computerized tomography (CT) images are important tools for the assessment of Ischemic Brain
Stroke in the acute phase, and can supply important clues on whether to perform thrombolysis treatment
with tissue plasminogem activator (tPA). However, the extent of the ischemic lesion can be hard to detect in
the images in the onset of the stroke, particularly in the first hours of the occurrence. CT images carry
information distributed amongst 256 to 4096 different gray levels or intensities. On the other hand, the
human eye can discriminate between about 64 gray levels at a time, so visual analysis can miss important
information in a CT image, and it is limited by the expertise of the examinator. This problem can be
overcome by computer analysis techniques, such as Textural Analysis. Although a clear definition of texture
does not exist, it can be understood as a group of image properties that relate to our more intuitive notions
of coarseness, roughness, smoothness etc. There are several approaches to textural analysis; one of them uses
the Gray Level Co-occurrence Matrix (GLCM). Computation of the GLCM allows in turn the calculation
of texture descriptors, also called Haralick's descriptors1, such as contrast, entropy, angular second moment,
sum of variances, etc.
Objective: In this work, GLCM textural analysis was applied to CT images of ischemic stroke patients and
of a control group, in an attempt to find out differences between these images that would go undetected
under simple visual inspection. The aim was to develop a tool for aiding on the diagnosis of this type of
patients.
Methods: CT images of five patients (4 with hemiparesis and one with global afasia - mean age: 55 years,
60% men) and five control subjects (3 with migraine, 1 with loss of consciousness and 1 with stabbing in
the head at bedtime; mean age: 53 years, 100% women) were analyzed. All images were obtained with a
conventional CT Siemens scanner. Two slices from each patient were used, and 13 regions of interest
(ROIs) were selected within these slices. Ten of the ROIs were selected according to the ASPECTS2
template. We also added another 3 regions: the Thalamus, the anterior portion and posterior portion.
Texture analysis of the ROIs was performed using the MaZda3 program, a free software developed by the
Institute of Electronics, Technical University of Lodz. Statistical analysis of the texture parameters
computed for each group was performed using Systat 10.2. The statistical analysis was divided in two
stages. The first stage consisted on a global tissue types discrimination, where tissue within the ROIs was
separated into 3 general classes: lesional tissue, non-lesional tissue from patients and non-lesional (normal)
tissue from controls, without specifying the particular anatomical region. In the second stage, the tissue types
discrimination analysis was performed separately for each of the anatomical ROIs cited.
Results: The texture parameters that showed larger differences between the groups were: angular second
moment, contrast, sum of variances and sum of squares. Analysis of the presence or absence of lesion (in the
first slice) considering all the ROIs together showed a clear separation between the different groups,
especially for the angular second moment and contrast parameters. For separate ROIs, a good distinction
between lesional and non-lesional tissues was found for the caudate (C) and internal capsule (IC), for the
angular second moment parameter. On the other hand, other parameters such as the sum of variances did
not discriminate between the groups so clearly. ROIs positioned in the second slice (such as the anterior
portion) did not discriminate well for the different groups, for any of the textural parameters considered.
Conclusions: In summary, this work has shown that textural analysis can be a promising tool to detect tissue
alterations in CT images. A limitating factor of the presented method can be the manual segmentation of
the ROIs.
309
Neurociências
DIFFUSION-WEIGHTED MAGNETIC RESONANCE IMAGING FOR BRAIN TUMORS
CHARACTERIZATION: RESULTS AND PERSPECTIVES.
Souza, EM¹,²; Castellano, G¹.
1
2
Departament of Cosmic Rays and Cronology, IFGW, UNICAMP
Laboratory of Neuroimaging, FCM, UNICAMP
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: In diffusion-weighted magnetic resonance images (DWI), the contrast is determined by the
random microscopic motion of the water protons. In general, pathologic processes such as neoplasic changes
of cells tend to alter the magnitude of structural organization by destruction or reorganization of
membranous elements or by a change in cellularity. These changes will also have an impact on the extent of
the proton mobility, which can be followed by DWI. From DWI may be computed the ADC (Apparent
Diffusion Coefficient) map, which has been shown to be very useful on the early detection of stroke and for
distinction between vasogenic and cytotoxic edema. Considering the features of the technique, it can be
useful in the noninvasive evaluation of brain tumors, which are one cause of epilepsy in humans.
Objective: The purpose of this study was to develop a computational tool for the calculation of ADC maps
and subsequent characterization of the following brain tumors: high-grade and low grade astrocytomas,
lymphomas and metastasis.
Methods: The ADC map calculation tool was developed in Matlab. This tool was applied for the study of
the following brain tumors: glioblastoma, pylocitic astrocytoma, low-grade astrocytoma, lymphomas and
metastasis. The diffusion images were obtained with a single-shot Spin-Echo EPI pulse sequence, with b
values of 0 and 700 s/mm2. The ADC values obtained from patients tumor tissues were compared to ADC
values obtained from similar anatomic structures from controls. These results were correlated with
histological and literature findings.
Results: The lowest ADC value found was for the glioblastoma, the most aggressive tumor type studied.
This can be explained by the variety and mixture of tissues found in the central and peripheric parts of the
tumor. The minimum ADC value correlated well with histological cellularity. This makes sense since highgrade gliomas have smaller interstitial spaces and therefore the water motion is more restricted. Pilocytc
astrocytomas exhibited ADC values between the values found for low-grade astrocytomas and glioblastomas.
Metastasis and lymphomas were more easily differentiated. These tumors have many soft and fluid tissue
portions and lymphatic capillaries, showing higher ADC values in the cystic area. The ADC values found on
the edema of malignant meningiomas and glioblastomas allowed the differentiation between these types of
tumors. Menigiomas had highest ADC values in this region, characterizing the spread of the tumor in the
vascular plane, while glioblastomas tend to spread through axonal fibers and had lower ADC values in this
region.
Conclusions: DWI and ADC maps are very useful tools for the distinction and characterization of brain
tumors. In conventional magnetic resonance imaging glioblastomas and malignant meningiomas can be
mixed up. The study of ADC values on the periphery of these tumors allowed the distinction between the
tumors proliferation paths. Astrocytomas showed solid nodules in central area, with considerable reduction
of ADC values, allowing the distinction between these and cystic and fluid tumors, like metastasis and
lymphomas.
310
Technical, Methods Development
OPTIMAL PARAMETERS IN MAGNETIC RESONCE IMAGING OF PERFUSED MARMOSET BRAIN
Alves, C. A¹; Papoti, D²; Tannús, A².; Covolan, L¹; Mello, L. E.¹
1
2
Department of Physiology, UNIFESP
Physics Institute of São Carlos, USP
CInAPCe Program – MRC- UNIFESP e USP-SC
Rationale: Magnetic Resonance Imaging (MRI) protocols for human subjects are widely available for several
different magnetic fields. Once density and relaxation parameters are species-specific, the many human
protocols do not apply to animals.
Objective: This work aims to establish these protocols for MRI studies of the nervous system of small
primates (Callithrix jacchus), that could be applied either for the morphologic or functional studies.
Methods: A male adult marmoset (270g) was perfused with 4% paraformaldehyde, the brain was removed
from the skull and kept in the perfusion solution at 4°C except during image acquisition. In order to obtain
the images of the perfused brain (2 cm wide x 2.5 cm long), we used a home made spectrometer based on a
2 Tesla field superconducting magnet (Oxford Instruments 85310HR), with a crossed saddle
radiofrequency coil as a head probe for the animals. To characterize the protocols, two set of experiments
which allowed the survey of the longitudinal and transverse relaxation curves for white and gray matter, were
made. In the first experiment, the echo time (TE) varied from 15 ms to 100 ms. At each TE the same
region of interest (ROI) from all images were selected and the mean intensity of pixels was ploted. For the
second experiment, the precedure was similar but varing the TR (from 100 ms to 2500 ms). After
calculating optimum TE and TR among the regions in study, the best contrast for the T1 and T2 weighted
images were determined. Thereafter, series of images were acquired with the goal of optimizing the
protocols, focusing on obtaining good signal-to-noise and contrast-to-noise ratios.
Results: The optimum imaging parameters were: Multislice Spin Echo (MSSE)/T1: TR = 600 ms, TE =
13.4 ms, 12 averages and scanning time of 31 min; MSSE/T2: TR = 1700 ms, TE = 45 ms, 8 averages
and scanning time of 58 min. Other parameters common for all images are: Field-of-view (FOV) = 4x4
cm2, resolution = 256x256 pixels, interslice spacing = 2.5 mm, slice thickness (THK) = 2 mm.
Conclusion: Excellent contrasts were obtained for the MSSE/T1 as compared to MSSE/T2. Results are
not conclusive, but our assumption is that such differences are due to the paraformoldehyde efects on tissue
T2. As a next step we want establish "in vivo" protocols facilitating the T1 e T2 weight images analysis,
providing an assessment of structures related to the model of temporal lobe epilepsy (TLE) induced by
pilocarpine. After that, we will focus on the hippocampus of epileptic marmosets (n=6) and our aim is to
achieve the volumetria to evaluate the temporal evolution of brain injury and possible progression of
morphological changes (as featured both in chronic human and rodents models of epilepsy). We also intend
to correlate the image-related results to the frequence of spontaneous recurrents seizures (SRS) and
histopathological changes: cell loss, mossy fibre sprouting, gliosis and dispersion of dentate granule cells.
Each one of these phenomena may have potential contribution in the epileptogenic process and can
contribute to the establishment of a framework of TLE refractory to medication.
Supported by CNPq and FAPESP
311
Neurociências
METABOLIC AND CIRCULATORY METHODS TO EVALUATE THE NEUROPROTECTIVE EFFECT
OF THE ADENOSINERGIC A1 AGONIST R-PIA IN THE EXPERIMENTAL MODEL OF EPILEPSY
INDUCED BY PILOCARPINE
Silva, ¹Iara Ribeiro; Nehlig, ²Astrid ; Rosim, ¹Fernanda Elisa; Persike, ¹Daniele Suzete; Vignoli, ¹Thiago;
Blini, ¹João Paulo; Cavalheiro, ¹Esper Abrão; Fernandes, ¹Maria José da Silva.
Departamento de Neurologia e Neurociências – Neurologia Experimental – UNIFESP
Université Louis Pasteur – INSERM Unité 666
3
Centro de Microscopia Eletrônica - UNIFESP
1
2
CInAPCe Program – MRC- UNIFESP
Purpose: To characterize the neuroprotective effect of the adenosinergic agonist RPia (R(-)N6-(2-
phenylisopropryl)adenosine) pretreated rats subjected to status epilepticus induced by pilocarpine.
Methods: We evaluated this issue by autoradiography to measure local cerebral metabolism rates for glucose
(LCMRglc) and local cerebral blood flow (LCBF). Cell death was assayed using fluorojade-B (FJB)
method.
Results: Three groups were studied: 1) Pilo: rats treated with pilocarpine (360mg/kg, ip); 2) RPia+Pilo:
rats injected with RPia 15 min before Pilo (25μg/kg, ip); e 3) Control: rats treated with RPia and saline.
LCMRglc were measured by the [14C]2-deoxyglucose method by Sokoloff (J. of Neurochemistry, 28: 897916; 1977) and LCBF was assayed by [14C]-iodoantipyrine method by Sakurada (Am. J. Physiol., 234:
H59-H66; 1978) both evaluated after 4 hours from status epilepticus. In Pilo and RPia+Pilo groups,
LCMRglc significantly increased in most brain regions (42/44) compared to control. However, in
RPia+Pilo group LCMRglc significantly decreased (p<0,01) in substantia nigra pars reticulate (SNPr) and
dentate gyrus (DG) when compared to Pilo group. In rat subjected to SE, LCBF increased in all studied
areas compared to control group. No significant differences in LCBF were detected when compared Pilo
and RPia+Pilo groups. FJB method was applied to rats after 24 H and 90 days from SE. In Pilo group
studied 24H after SE, high number of FJB stained cell was detected in piriform and entorhinal cortex,
amygdale and hippocampus. At 90 days after SE, FJB stained cell was also observed in substantia nigra pars
compacta (SNPc) in addition to the areas activated during SE. In RPia+Pilo group studied 24H after SE,
decreased number of FJB stained cell was detected in piriform cortex and hippocampus, and at 90 days after
SE, the neuroprotection was extended to amygdale and SNPc.
Conclusions: In Pilo and RPia+Pilo groups the metabolic and circulatory responses were tightly coupled
during SE in almost all brain areas, except in DG and SNPr of RPia+Pilo where a mismatch between flow
and metabolism was detected, i.e. a pronounced decrease in LCMRglc was accompanied by still high LCBF.
The prolonged hypometabolism and hyperperfusion of these areas might be part of neurprotective effect of
RPia demonstrated by FJB.
Supported by CNPq, FAPESP, CAPES.
312
Technical, Methods Development
MRI IN THE PILOCARPINE ND KAINIC ACID MODELS OF EPILEPSY: RELAXOMETRY AND
VOLUMETRY
Polli, R. S.1; Tannús, A.²; Malheiros, J. M¹; Covolan, L.¹
1
2
Department of Physiology, UNIFESP
Physics Institute of São Carlos, USP
CInAPCe Program – MRC-UNIFESP e USP-SC
Rationale: Limbic seizures provoked by sistemic administration of pilocarpine and kainic acid provide an
effective model of temporal lobe epilepsy (TLE) in rats. The Status epilepticus (SE) leads to spontaneous
recurrent seizures (SRS) and both, to brain injury. The distribution and severity of strutural lesions between
these two models are different during the epileptogenic process and after SRS. Many studies have used
quantitatives measures of MRI, as relaxometry and volumetry, in animal models of epilepsy. These studies
show that T2 alterations can be related to many histopathologics findings and hippocampal volumetric
alterations. However, these results depend on the epilepsy model and the moment of the image acquisition.
Objective: The aim of this study is to compare the temporal evolution of brain damaged areas in the
pilocarpine and kainic acid models of epilepsy in rats using relaxometry and volumetry. We also aim to
relate the T2 alterations to frequency of seizures in both models.
Methods: The experimental design follows the pilocarpine (320 mg/ kg) and kainic acid (10 mg/ kg) well
known protocols in 10 animals/experimental model. The MRI will be performed on a home made
spectrometer based on a 2 Tesla field superconducting magnet (Oxford Instruments 85310HR), with a
crossed saddle radiofrequency coil as a head probe for the animals, starting with the relaxometry acquisition
following the volumetry one every three months. All animals will be monitored for SRS continuously with a
video system during 12 months. After that, all animals will be perfused and the brains will be processed for
Nissl and neo-Timm staining to evaluate the extension of brain damage in epileptic ones and its correlation
with T2 alterations.
Results: It is expected an increase in T2 values proportional to the damage in hippocampus cells for each
experimental model. In addition, this increase should vary with the proximity of the last seizure. In the
volumetry data, a decrease, proportional to hippocampal sclerosis is expected, but the correlation of these
with the seizure frequency for each model remains to be determined.
Conclusion: The volumetry and relaxometry could be used to quantify the damage in the epileptic brain.
These data are essential to proceed to our next aim: the analysis of possible alterations in the perfusion of
epileptic brain, using MRI techniques.
313
Neurociências
1H NMR SATURATION TRANSFER INTERACTIONS MAPPING BETWEEN
ACETYLCHOLINESTERASE AND AMARYLLIS ALKALOIDS
Martins, Lucas G.; Marsaioli, Anita J.; Braga, Raquel M.; Silva, Maria do Socorro S.
Chemistry Institut, State University of Campinas - UNICAMP
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Amaryllidaceae alkaloids act on the central nervous system and have various biological activities,
including reversible inhibition of acetylcholinesterase. It was recently approved by the FDA for medical use,
under the name Reminyl ®, and it is serving as a prototype for development of new drugs. The epitope
mapping of the alkaloid and acetylcholinesterase, very important for the mechanism inhibition
understanding, is unknown. Such interactions can be evaluated by NMR experiments based on dipolar
relaxation, which can be accessed by selective T1 measurements and STD (Saturation Transfer Difference).
Objective: The main objective in this work was to access the epitope of acetylcholinesterase and
Amarillidaceae alkaloids interaction (ambeline 1, crinine 2 and physostigmine 3) by NMR.techniques.
Methods: The 1H NMR spectra were obtained with a Varian Inova500spectrometer. The physostignmine
binding epitope was determined using 1H MMR transfer saturation difference of acetylcholinesterase
(6.96μM ) in D2O phosphate buffer solution (pH = 8.0) and the ligand (1.92 mM). The KD for
Physostigmine was determined using selective T1.
Results: Figure 1 shows the epitope mapping of physostigmine with acetylcholinesterase. Hydrogen
depicting a 100% of interaction was used to obtain the binding dissociation constant , kD, using T1
experiments applying seletive excitation using 0.64 mM, 0.96 mM, 1.28 mM and 1.60 mM solutions of 1.
The estimated kD value for 1 was 0.8878. This result was used to obtain the binding constants of 2 and 3
by of 1H NMR -STD using a mixture of the three alkaloids and a single experiment.
%
4
0
,
6
2
%
5
6
,
4
H
%
2
3
,
3
7
O
N
%
6
7
,
4
1
%
2
4
,
3
%
5
0
,
7
5
H
N
%
0
0
1
O
%
5
7
,
0
1
Figure 1. Epitope mappin of physiostigmine and
acetylcholinesterase.
Figure 2 depicts 1H NMR (STD) spectra of the protein and the three alkaloids, in addition to
the structures and the hydrogens used for kD comparison are indicated by arrows. The ratio of interactions is
1:1,63:1,78 to crinine:ambeline:physostigmine, showing physostigmine has greater interaction with
acetylcholinesterase than any of the tested alkaloids.
314
Technical, Methods Development
physostigmine
Ambeline
Crinine
Figure 2. Spectra of STD (a) and STD Control (b) and structures of alkaloids.
Conclusion: From our experiments we could simultaneouly evaluated the relative affinity of three
amaryllidaceae alakloids , 1,2 and 3 to acetylcholinesterase by STD.
315
Neurociências
1H MRS OF THE HIPPOCAMPAL STRUCTURES AS A TOOL IN THE EVALUATION OF THE
HUMAN TEMPORAL LOBE EPILEPSY
Cunha¹, Luciana M.; Almeida², Tomhara A.; Baffa Filho³, Oswaldo PhD; Salmon², Carlos E.G.PhD;
Santos4, A. Carlos MD PhD
¹Department of Neurology, FMRP, USP-RP
²Department of Physics, CCET, Federal University of Sergipe, São Cristovão, SE, Brazil.
³Department of Physics and Mathematic, FFCLRP, USP-RP
4
Department of Internal Medicine – Radiology Division, FMRP, USP-RP
CInAPCe Program – MRC- USP-RP
Rationale: Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common type of epilepsy in adults. In most cases, the
epileptogenic region is found in the mesial temporal structures (hippocampus, amygdale, and
parahippocampal gyrus). Several techniques are presently used to discover an etiology for epilepsy. Magnetic
Resonance Spectroscopy (MRS) is a non-invasive, chemically specific, functional neurological measurement
modality. In TLE patients the detection of metabolite alterations using 1H-MRS plays an increasing role in
the early diagnosis of multi-modal focus localization. Several studies have shown focal reductions of the
NAA/Cre ratio in one or both temporal lobes of patients with TLE. This ratio is often analyzed as a NAA
decrease, considering the Cre level as a constant, indicating a sign of neuronal loss. Metabolite
concentrations are widely reported in several brain regions, but in temporo-mesial structures it remains a
challenge loaded with many sources of uncertainness.
Objective: To quantify the metabolite concentrations and its ratios in the hippocampus of control subjects
and TLE patients with hippocampal sclerosis. In order to answer in our experimental conditions, how the
1
H-MRS is a useful method in the lateralization of the epilepctogenic foci?
Methods: A group of 33 TLE patients (39±10 y.) and 36 normal controls (NC, 35±11 y.) were studied in
1.5 T MRI equipment (Siemens, Magnetom Vision). The spectroscopic volume of interest (3x2x2 cm3)
was positioned in the body and the tail of both hippocampus. It was used two spectroscopy sequence:
STEAM (TE=20 ms) and PRESS (TE=270 ms). All data was post-processed with two softwares: Siemens
console and jMRUI.
Results: The NAA, Cre and Cho showed acceptable variability, so these metabolites could be used as
indicators in the metabolite profile. The low symmetry obtained in NAA and Cre peaks in the control
group, less than 8 %, suggests that these metabolites can be used in the lateralization attempt. The Cre
concentrations showed the opposite behavior of NAA. The increase in ipsilateral creatine may reflect
astrocytosis, suggesting a gliosis process. The contribution of this enhancement in the significant reduction
of the NAA/Cre ratio was as important as NAA decrease. These facts point out the ratio NAA/Cre as the
more convenient parameter in the focus lateralization, the main problem is the high variability and normal
asymmetry. The sequence PRESS (TE=270 ms) showed better results than STEAM (TE=20 ms) in the
NAA/Cre ratio.
Conclusion: The 1H-MRS is another useful method in the lateralization of the epilepctogenic foci, but in
our conditions it should not be considered a gold standard.
316
Technical, Methods Development
DIGITAL INSTRUMENTATION FOR TEMPERATURE CONTROL OF ANIMALS IN MRI
EXPERIMENTS
Braz, Daniel C.¹; Vidoto, Edson Luiz¹; Martins, Mateus¹; Covolan, Luciene²; Tannús, Alberto¹
1
2
Departamento de Física e Informática, Instituto de Física de São Carlos/USP
Laboratório de Neurofisiologia, Universidade Federal de São Paulo/UNIFESP
CInAPCe Program – MRC- USP-SC e UNIFESP
Rationale: The work presented here is justified by the need of the development of an animal body
temperature control system for in vivo Magnetic Resonance imaging and spectroscopy experiments included
on the CInAPCe project. The use of anesthesia for reducing voluntary motion lead to reduction or loss of
the natural control of temperature of the animals, and becomes necessary a support system to maintain the
temperature at appropriate values, for maintaining the vital conditions. For this reason, an instrumentation
based on a digital controller algorithm PID (Proportional-Integral-Derivative) is being developed. It allows
the regulation of the temperature of the animal through a calorimetrical fluid (water) circulating in a
hydraulic circuit, which is in thermal contact with the animal during the experiment.
Objective: Development of instrumentation for thermal control of small animals (e.g. marmoset, rats) based
on digital temperature controller and PID algorithm.
Methods: A digital control system, based on PID algorithm (Proportional-Integral-Derivative), which
regulate the temperature of the animal through a calorimetrical fluid (water) circulating in a hydraulic
circuit, which is in contact with the animal during the experiment. A diagram of the system is shown in the
following figure, which is in connection with the magnet where the experiments are being conducted.
Diagram for the thermal control system. R and u are, respectively, signs of reference of
temperature, temperature measurement and signal control of baths 1 and 2.
The system being developed consists of three modules. The mechanical module is composed, among other
components, by two water reservoirs (baths) and the bed where they circulate water with controlled
temperature, and on which the animal is lying with abdomen down. The measurement of its temperature is
performed with the placement of a sensor through the anus. The hydraulic module is composed by elements
that form the hydraulic circuit for the circulation of water, mainly valves and pump. The main module,
which is the focus of the development, is the electronic module. It is responsible for supplying all electronic
and electrical components of the system and by controlling the temperature through a closed loop control
317
Neurociências
established by the temperature sensors and a control unit. This unit is composed of a microcontrolled circuit
and software that implements the algorithm of PID control. The control unit also has the function of
communication with the computer by the serial port RS232 for monitoring and acquisition of temperatures,
and control of some functions of the system as a whole. The software is being developed in LabVIEW
language (National Instruments) to allow full control and its main screen is shown in the figure below.
Software for communication between the computer and digital system of thermal
control via serial port RS232
Each bath-controller set has a specific function within the system. The bath1-controller1 is responsible for
maintaining the minimum temperature of the system water-animal-environment. The bath1 is projected to
have a volume of water of approximately 10.0 l. The bath2-controller2 set is responsible for small and quick
adjusts in the temperature of the system. The volume of water for the bath2 is 1.0 l.
Results: At this moment, a bath with a power heat of 500 W and volume of 5.0 L of water is mounted for
tests with the control algorithm implemented in microcontroller PIC16F877A (Microchip). The control
loop is closed with the use of temperature sensor LM35 (National Semiconductor). There is no flow of
water and the algorithm has only the proportional control term. The figure below shows the apparatus.
Experimental apparatus with a single bath of water, for development of the algorithm of PID control. In the right
image: reservoir (1), power (2) and control (3) circuit.
318
Technical, Methods Development
With this apparatus, it was possible to perform a test of controlling temperature for a volume of 2.0 L of
water. The desired temperature is 40 ° C. From the curve shown in figure below, it can be seen that with
only the proportional term of the PID algorithm, the system is already able to maintain the temperature at
the desired value. The evolution from the ambient temperature to the desired temperature occurs at a rate
that causes a small extrapolation (overshoot). With the introduction of integral and derivative terms, the
overshoot decreases even when the rate of change in temperature is increased, depending on how the
corresponding coefficients work within the algorithm.
(a)
(b)
Evolution of water temperature during a whole test (a) and the
first 1000 s (b).
Conclusion: The system implemented at this moment allows the control of the temperature of a static bath
of water and its thermal monitoring by the computer through the software developed in LabVIEW. Only
the proportional term in the PID algorithm control is tested at this moment. With the introduction of the
integral and derivative terms, the scheme of control will be optimized to enable its desirable evolution to the
necessary set points. The next steps will be taken towards the achievement of thermal dynamics of the
animals in normal state and under the influence of anesthesia, the implementation of the differential and
integral terms of PID algorithm, and construction of the hydraulic system for circulation of the water.
319
N
Neurociência
as
DEVELO
OPMENT OF
F RF TRANSMITTER CO
OILS FOR MR
RI EXPERIM
MENTS WITH
H MARMOSETS
Papoti, Daniel(presen
D
nting author); Vidoto, Edson L.G.; Marrtins, Mateus J.; Tannús, A
Alberto
Instituto de Física de São Carlos, Universidade
U
de São Pauloo
CInAPC
Ce Program – MRC-USP--SC e UNIFE
ESP
Rationalee: In Magnetiic Resonance Imaging
I
(MR
RI), either on human
h
or anim
mal studies, thhe main requireements for
radiofrequuency (RF) cooils are to prodduce a homoggeneous RF fieeld while usedd as a transmittter coil. In parrticular, on
small anim
mals studies where
w
the dimeensions and geeometry of thhe coil play an important rolle, the developpment and
design off a specific trannsmitter RF cooil is of fundalm
mental importtance.
Objectivee: In this workk we describe the developmeent of a dediccated transmittter RF body ccoil to accompplish MRI
experimennts with the brrain anatomy of
o Marmosets (Callithrix Jaccchus).
Methods:s: We implemeented both thee Birdcage withh 8 and 16 leggs and the Doouble Crossed Sadle RF coil geometry.
All coils were built in a 100 mm diiameter and 200
2 mm lengtth Polyvinyl chhloride (PVC
C) substrate with cooper
strips as conducting
c
maaterial. We sim
mulated the maagnetic field diistribution maaps using the B
Biot-Savart appproach and
comparedd with experim
mentally obtainned magnetic field
fi maps.
Results: Experimental
E
results show thhat the magneetic field homoogeneity of thee Double Crosssed Saddle is lower
l
than
predictedd by theory, probably
p
due to the presennce of capacitoors among coonductors to aavoid high vooltage over
Tuning/m
matching capaacitors. Howevver, images obbtained with Double
D
Crossed Saddle (see figures below
w) show no
inhomogeeneity artifactss in a large fielld of view. Thhe Birdcage coils with 8 andd 16 legs had bbeen tuned andd matched
and the measurements
m
o RF field maaps are in proggress to be thenn compared with
of
w Double Crrossed Saddle.
Legend: In vitro brainn images of a Marmoset obttained with
Double Crossed
C
Saddlee
Conclusiion:
Prelim
minary resultts demonstraate that desspite the diffferences bettween simullated and
experimeental RF mapps obtained with
w Double Crossed
C
Sadddle, the homoogeneity in thhe region of interest is
not comppromised. Thhe comparisonn between RF
F field homoggeneity of botth Birdcage im
mplementatioon and the
Double Crossed
C
Sadddle transmittter coils will reveal the one with bestt performancee to operate on small
animals studies.
s
320
Technical, Methods Development
SIMULTANEOUS MEASUREMENTS OF THE BRAIN ACTIVITY WITH NIRS AND FMRI
Mesquita¹, Rickson Coelho M.S. (presenting author); Covolan¹, Roberto J.M. Ph.D.; Boas², David A. Ph.D.
1 Neurophysics Group, DRCC, IFGW, State University of Campinas, Campinas, SP – Brazil
2 Photon Migration Imaging Lab, Massachusetts General Hospital, Charlestown, MA – USA
CInAPCe Program – MRC-UNICAMP
Rationale: We introduce the combination of two independent techniques – Near-Infrared Spectroscopy
(NIRS) and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) – to observe functional activation of the
human brain through cerebral hemodynamic changes during activation, and show the benefits we can achieve
using this multimodal approach.
Objective: Neural activity in brain tissue is followed by supporting physiological processes, including
increases in cerebral blood flow (CBF) and the rate of metabolic oxygen consumption (CMRO2). These
responses lead to secondary effects such as alterations in blood oxygenation (BOLD) and cerebral blood
volume (CBV). In this work we show how simultaneous measurements of noninvasive techniques, such as
NIRS and fMRI, can be used to assess these quantities.
Methods: We performed simultaneous measurements of NIRS and Arterial Spin-Labeling (ASL) MRI
during a 4 seconds, event-related, median-nerve stimulation in 7 healthy right handed subjects (28 ± 4 years
old). NIRS was performed using a continuous wave system (CW4, TechEn Inc.), with 8 source positions
(690 and 830 nm each) and 10 detectors in an array of 2 columns of light sources interleaved with 2
columns of light detectors. ASL data was acquired using a 3T Siemens Allegra MR scanner (Siemens
Medical Systems) using PICORE labeling geometry with Q2TIPS saturation to impose controlled label
duration (700 ms), at repetition and echo times of 2 s and 20 ms, respectively. Structural scans were also
carried out using a T2-weighted MPRAGE sequence (1 x 1 x 1 mm resolution, TR/TE/α =
2.53s/1.64ms/7o).
Results: From the optical data we obtained time-courses of both oxy- and deoxy-hemoglobin concentrations
during the activation. Cerebral blood flow within a manually defined ROI was extracted from ASL
measurements, as well as BOLD signals. These data allowed us to study temporal dynamics during an
somatosensory activation, and the corresponding physiology behind the evoked response. An estimative of
the cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2) was also obtained, which allows the possibility of
metabolic images analysis through a simpler way compared to current methods.
Conclusion: In this work we show the viability of an emerging multimodal technique of combining NIRS
and fMRI, gathering both excellent temporal resolution from NIRS and spatial resolution from fMRI
simultaneously during the evoked response. We also open and analyze the possibility of creating metabolic
images from this combination, which we believe is a more trustable and less noise-sensitive reference to the
neuronal activation, compared to available hemodynamic signals.
321
Neurociências
LOCALIZING INTERICTAL EPILEPTIFORM DISCHARGES USING KULLBACK-LEIBLER DISTANCE
BY SIMULTANEOUS EEG-FMRI ACQUISITION
Sturzbecher, Marcio MSc¹; Velasco, Tonicarlo Rodrigues PhD²; Cabella, Breno Caetano Troca MSc¹;
Fernandes, Regina Maria França PhD²; Neves, Ubiraci Pereira da Costa PhD¹, Sakamoto, Americo Ceiki,
PhD²; de Araujo, Draulio Barros PhD¹,²
1
2
Departament of Physics and Mathematics, FFCLRP-USP
Department of Neurology, Psychiatry and Clinical Psychology, FMRP-USP
CInAPCe Program – MRC-USP-RP
Rationale:
Simultaneous acquisition of functional magnetic resonance imaging (fMRI) and
electroencephalography (EEG) in epilepsy has recently permited to investigate the irritative zone by
triggered EEG-fMRI signal in relation to the occurrence of interictal spikes. Nevertheless, the statistical
detection methods of brain activation regularly used for such studies rely on standard hemodynamic
response to epileptic spikes.
Objective: Aiming to detecting such responses, also known as BOLD (Blood Oxygenation Level
Dependent) to EEG interictal epileptic discharges (IEDs) we propose the use of alternative detection
method based on information theory: the generalized Kullback-Leibler (KL) distance.
Methods: 15 patients with temporal lobe epilepsy were selected. EEG data were recorded using a 32 channel
EEG system MR compatible (BrainProducts, Munich, Germany) placed according to the international 1020 system. Raw EEG data were subjected to MRI gradient and cardioballistic artifact correction in
BrainVision Analyzer (BrainProducts, Munich, Germany). Filtered EEGs were reviewed and the onset
timing of epileptiform discharges was marked by two experienced electroencephalographers. Functional
MRI were continually acquired in a 1.5 T MRI scanner (Siemens, Magnetom Vision) using Echo-planar
imaging, in runs of 600 and 1024 volumes. A T1-weighted image was also obtained for anatomical
localization of the functional maps. Images were pre-processed using Brain Voyager QX 1.8 (Brain
Innovation, Maastricht, The Netherlands). fMRI statistical analysis was conducted in Matlab 7.0
(Mathworks, Sherborn, MA), using the proposed KL algorithm
Results: Spikes timing was used to define the window in which Kulback-Leibler distance was calculated.
Preliminary analysis in five patients showed that four patients demonstrated frequent IED during the
measurements. One patient showed no IED and was excluded from further analysis. Patients with IED
during the EEG/fMRI session showed significant BOLD signal changes. fMRI activation maps are
consistent with those obtained by the interictal EEG recorded inside the scanner. Moreover, there were brain
activities being detected by fMRI that were not correlated to the EEG spatial estimation.
Conclusion: The generalized Kulback-Leibler distance technique has been successful on experimental data,
in validating its ability to detect IEDs in patients with temporal lobe epilepsy. The method has the
advantage of not using a specific model for the hemodynamic response, as well as not being affected by
linearity considerations, essentials issues in the interictal spikes detection.
322
Technical, Methods Development
PROBING BACTERIAL QUORUM-SENSING PHENOMENOM BY SATURATION TRANSFER
DIFFERENCE NMR
Cabeça, Luís F.; Pomini, Armando M.; Marsaioli, Anita J.
Chemistry Institute, State University of Campinas, C.P. 6154, 13083-970, Campinas, SP, Brazil
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Nowadays it is well recognized that bacteria employ chemical communication mechanisms to
control the expression of important phenotypes such as enzymes, antibiotics and exopolysaccharides, among
others. This phenomenon is known as quorum-sensing, and relies on the production of low molar-weight
signaling molecules usually related to cell density. In Gram-negative bacteria the acyl-homoserine lactones
(acyl-HSLs) are the most studied chemical signals. Moreover, the acyl-HSLs can also display other
biological activities. Recently, it was demonstrated that substance (S)-N-(3-oxo-octanoil)-HSL 1 and other
3-oxo-acyl-HSLs display antimicrobial activities against Gram-positive bacteria that do not produce this
class of metabolites. The antimicrobial capacity of these substances was extensively studied on
Staphylococcus aureus, which does not produce acyl-HSLs. In this species, the acyl-HSLs act on specific
receptors associated with the cell membrane, changing its structural characteristics and also influencing the
expression of virulence factors. Taken together, these data clearly show that acyl-HSL-cellular membrane
interactions are crucial for their biological roles. 2
Objective: Based on our recent results in defining the architecture of drug-liposome complexes taking
liposomes as membrane models3 we propose to investigate the interactions of (S)-N-(3-oxo-octanoyl)-HSL
with liposomes and Agrobacterium tumefasciens cells by saturation transfer difference nuclear magnetic
resonance spectroscopy (STD-NMR),4 identifying the main anchoring sites of 1.
Methods: The synthetic strategy to get 1 involves two stages. The first was to obtain the derivative
hexanoyl-Meldrum (2) thermally labile, which refluxed in acetonitrile in the presence of (S)-α-amine-γbutyrolactone provides the desired product with an overall yield of 28% (Scheme 1).5
O
O
O
O
OH +
O
Dry CH2Cl2
r.t., N2, 24 h
O
2
O
O
CH3CN, Et3N
r.t. 2h, reflux 3h
O
5'
7'
3'
-Br+H3N
O
H O
8'
O
DCC/DMAP
6'
4'
1'
2'
1
4
3
N
H H
O
O
5
2
1O
O
28% global yield
Scheme 1. Synthesis of 1.
NMR experiments were performed on a Varian INOVA-500 spectrometer operating at 11.74 Tesla,
observing 1H at 499.89 MHz. The spectrometer was equipped with a 5 mm triple resonance (15N, 13C, 1H)
inverse detection probe with z-gradient. STD experiments used selective saturation at -0.5 ppm using
Gaussian train pulses for the on-resonance and at 30 ppm for the STD-control.
Results: Liposomes (400 nm, 5 mmol) egg phosphatidylcholine (EPC) were added to 1/β-CD (acyl-HSL
10 mmol e β-CD 10 mmol) complex provoking a rapid migration of 1 from the β-CD to the liposomes.
The STD experiment with 1, EPC liposome and β-cyclodextrin was carried out, revealing an increasing
interaction between the liposomes and the hydrophobic moiety of the HSL (H4′-H8′) (Figure 1).
323
Neurociências
O
100%
78%
17%
O
10%
94%
H-8’
O
62%
N
H
5%
H-7’, 6’
H
O
H-4’
H-5’
C
H-5
H-2’
H-4
B
A
Figure 1. A) 1H NMR spectra of the mixture of 1, β-CD and EPC liposomes, 400 nm (499.886
MHz, D2O /ref. residual H2O 4.70 ppm). B) The off-resonance STD spectrum. C) The onresonance STD spectrum. Top: (S)-N-(3-oxo-octanoil)-HSL structure and the relative degree of
saturation transfer of the individual protons normalized to H-7′.
The optimized STD parameters obtained with the ternary mixture 1/β-CD/EPC liposomes, we used in the
1/β-CD/A. tumefasciens cells complex. The STD experiment (Figure 2) revealed an epitope map between
1 and A. tumefasciens surprisingly analogous to that observed in the experiment with liposomes, suggesting
that the primary event in the HSL cell communication is diffusion though the cell membrane.
O
100%
67%
52%
O
O
60%
63%
N
H
20%
H
O
B
H2O
H-8’
β-CD H-2
H-4’
H-6’, 7’
H-4
H-5’
A
Figure 2. 1H NMR spectra (499.886 MHz, D2O /ref. residual H2O 4.70 ppm) of the mixture
of 1, β-CD and Agrobacterium tumefasciens. A) The off-resonance STD spectrum. B) The onresonance STD spectrum. Top: (S)-N-(3-oxo-octanoil)-HSL structure and the relative degree of
saturation transfer of the individual protons normalized to H-7′.
Conclusion: The interaction map was interpreted as interaction of 1 with A. tumefasciens membrane, similar
to that observed with liposomes. This may suggest that liposomes are well-suited models for acylHSLs/membrane studies, and can constitute also an important tool for better understanding the quorumsensing “machinery”. Further work is being carried out in our group to investigate how STD can detect
which type of HSL molecules are better suited to promote response in a specific bacterium.
324
Technical, Methods Development
PNEUMATIC DEVICE FOR SOMATOSENSORY CORTEX MAPPING WITH FUNCTIONAL
NEUROIMAGING: CLINICAL APPLICATIONS IN EPILEPSY
Valadares, AP, Msc.¹,², 4; de Araujo, DB, PhD³; Pontes-Neto, OM¹; Santos, AC, PhD4; Leite JP¹; Baffa, O²;
Amaro Jr, E, PhD£
Depto de Neurologia, FMRP – USP – Ribeirão Preto- Brazil
Depto de Física e Matemática, FFCLRP – USP – Ribeirão Preto- Brazil
3
Clínica Médica, FMRP– USP – Ribeirão Preto- Brazil
4
Instituto de Radiologia, FM – USP – São Paulo- Brazil
1
2
CInAPCe Program – MRC- USP-RP e USP-SP
Rationale: In functional neuroimaging studies of humans such as Functional Magnetic Resonance Imaging
(fMRI) the development of standardized stimulus devices is at constant need. On the other hand, studying
the sensory cortex is important as a tool to gain knowledge about cerebral function. Generally neurological
patients may present some cognitive impairment mostly sensory or motor loss and attention deficits, as
example children with epilepsy. A totally controlled and reproducible tactile stimulus is very usefully to map
the somatosensory cortex of these patients.
Objective: To developed a pneumatic device for tactile stimulation to be used in fMRI for mapping the
sensory cortex of patients including children with epilepsy.
Methods: The stimulator is connected to a compressed air cylinder, and has five solenoid valves controlled
and synchronized by a commercial program (Presentation 0.6) by a parallel port. The stimulus amplitude
can be adjusted and measured by a fluxometer, which allows regulating air outflow. The device has a safety
trigger that fires if the air outflow exceeds a certain threshold. On the other end, the device is adapted to a
finger and palm of the hand, by latex and acrylic clips (figure A). To allow for better adaptation two sizes
were assembled. We succefully developed a pneumatic device for tactile stimulation. We realized the study
in 46 subjects (35 volunteers, seven stroke patients and 4 epilepsy patients). All epilepsy patients were
children between 8, 12, 15 and 16 years old.
Results: As a result of sensory stimulation, all volunteers showed activation of sensory areas (p<0,01) In 3
children, the postcentral region were activated (p<0,01) which correspond to sensory cortex areas. Figure B
shows the brain activation areas in a 12 years old child.
Conclusion: The pneumatic device is efficient for mapping the somatosensory cortex and suitable for
children with epilepsy. Then the reproducible tactile stimulus will be part of a two-year prospective study
which will evaluate the cognitive functions of children with idiopathic epilepsy as Childhood Absence
Epilepsy and Benign Childhood Epilepsy with Centrotemporal Discharges including the somatosensory
cortex.
325
Neurociências
A
B
Figure A: the device for the hand, made with latex and acrylic clips. Figure B: Brain activation as a result of sensory stimulation
in a 12 years old child with extratemporal epilepsy.
326
Experimental, Basic Science
EXPERIMENTAL, BASIC SCIENCE
327
Neurociências
328
Experimental, Basic Science
EFFECTS OF VOLUNTARY RUNNING ON SPATIAL MEMORY AND MATURE BRAIN-DERIVED
NEUROTROPHIC FACTOR EXPRESSION IN MICE HIPPOCAMPUS AFTER STATUS EPILEPTICUS
INDUCED BY PILOCARPINE
Sartori, Cesar¹ MSc; Pelágio, Fernanda¹ MSc; Ferrari, Elenice¹ PhD; Valentinuzzi, Verónica¹ PhD;
Nascimento, André¹ MSc; Rogério, Fábio¹ PhD; Teixeira, Simone² PhD; Muscará, Marcelo² PhD;
Langone, Francesco¹ PhD
1
2
Department of Physiology & Biophysics, Institute of Biology, State University of Campinas
Department of Pharmacology, Institute of Biomedical Sciences, University of São Paulo
CInAPCe Program – MRC- UNICAMP
Rationale: Voluntary physical activity improves memory and learning ability in rodents whereas status
epilepticus has been associated with memory impairment. Physical activity and seizures have been associated
with enhanced hippocampal expression of BDNF, indicating that this protein may have a dual role in
epilepsy. The influence of voluntary physical activity on memory and BDNF expression has been poorly
studied in experimental models of epilepsy.
Objective: In this work, we have investigated the effect of voluntary physical activity on memory and BDNF
expression in mice with pilocarpine-induced epilepsy.
Methods: Male Swiss mice were assigned to four experimental groups: pilocarpine sedentary (PS),
pilocarpine runners (PR), saline sedentary (SS) and saline runners (SR). Two days after pilocarpine-induced
status epilepticus, the affected mice (PR) and their running controls (SR) were housed with access to a
running wheel for 28 days. After that, the spatial memory and the expression of the precursor and mature
forms of hippocampal BDNF were assessed.
Results: . PR mice performed better than PS mice in the water maze test. In addition, PR mice had a higher
amount of mature BDNF (14 kDa) relative to the total BDNF (14 kDa + 28 kDa + 32 kDa forms)
content when compared with PS mice. In addition, PR mice had a higher amount of mature BDNF (14
kDa) relative to the total BDNF (14 kDa + 28 kDa + 32 kDa forms) content when compared with PS
mice.
Conclusion: These results show that voluntary physical activity improved the spatial memory and increased
the hippocampal content of mature BDNF of mice with pilocarpine-induced status epilepticus.
329
Neurociências
HUMAN KALLIKREIN (HK1) IS OVEREXPRESSED IN THE HIPPOCAMPUS OF PATIENTS WITH
TEMPORAL LOBE EPILEPSY ASSOCIATED WITH HIPPOCAMPAL SCLEROSIS
Rodrigues P; Perosa SR, Argañaraz GA.; Yacubian EMT; Cansian M; Carrete H; Centeno R; Sakamoto
AC; Cavalheiro EA; Silva-Junior JA; Amado D; Naffah-Mazzacoratti MG
CInAPCe Program – MRC- UNIFESP
Rationale: Several authors have shown increased expression of inflammatory targets in the hippocampus of
patients with temporal lobe epilepsy such as cytokines, B1 and B2 kinin receptors, angiotensin II receptors
and complement molecules. Tissue kallikreins have been associated with several physiopathological processes
and their sub-types hK1, hK6 and hK11 are also related to inflammatory events.
Objective: Thus, the aim of this work was to evaluate the levels of hK1mRNA as well as the expression of
this protein