Registro:
Documento: | Tesis Doctoral |
Título: | Caracterización de la transición entre estados de salud usando correlaciones espaciales y temporales de la señal cerebral de resonancia magnética funcional (fMRI) y de difusión (dMRI) |
Título alternativo: | Characterization of the transition between healthy states using spatial and temporal correlations of the cerebral functional MRI (fMRI) and diffusion MRI (dMRI) signals |
Autor: | Sánchez, Stella Maris |
Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
Filiación: | Fundación para la Lucha contra las Enfermedades Neurológicas de la Infancia (FLENI)
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Publicación en la Web: | 2022-03-29 |
Fecha de defensa: | 2021-05-26 |
Fecha en portada: | 2021 |
Grado Obtenido: | Doctorado |
Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
Director: | Villarreal, Mirta Fabiana |
Director Asistente: | Guinjoan, Salvador Martin |
Consejero: | Minotti, Fernando Oscar |
Jurado: | Balenzuela, Pablo; Zwick, Analía Elizabeth; Fraiman Borrazas, Daniel Edmundo |
Idioma: | Español |
Palabras clave: | CONECTIVIDAD CEREBRAL; MICROESTRUCTURA DE SUSTANCIA BLANCA; ENFERMEDAD DE ALZHEIMER; IMAGENES DE DIFUSION POR RESONANCIA MAGNETICA (dMRI); IMAGENES FUNCIONALES POR RESONANCIA MAGNETICA (fMRI)BRAIN CONNECTIVITY; WHITE MATTER MICROSTRUCTURE; ALZHEIMER'S DISEASE; DIFFUSION MRI (dMRI); FUNCTIONAL MRI (fMRI) |
Formato: | PDF |
Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6862_Sanchez |
PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6862_Sanchez.pdf |
Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6862_Sanchez |
Ubicación: | Dep.FIS 006862 |
Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Sánchez, Stella Maris. (2021). Caracterización de la transición entre estados de salud usando correlaciones espaciales y temporales de la señal cerebral de resonancia magnética funcional (fMRI) y de difusión (dMRI). (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6862_Sanchez |
Resumen:
Caracterizar el funcionamiento y la estructura del cerebro humano conforma uno de los desafíos más interesantes desde tiempos inmemoriales. Entender sus posibles estados y alteraciones a partir de las bases del conocimiento presenta infinidad de obstáculos, algunos de los cuales han podido sortearse. Los avances en materia científica y tecnológica del siglo XX, permitieron un abordaje prometedor en este campo, siendo sin lugar a dudas la técnica de imágenes por resonancia magnética nuclear (MRI) la más prometedora para el estudio del cerebro, constituyendo un claro ejemplo del alcance de la Física a otras disciplinas, como lo es la Medicina. Este tipo de métodos tienen un rol fundamental en los estudios interdisciplinarios ya que empujan constantemente los límites de la ciencia y la tecnología. El principal objetivo de esta Tesis es implementar técnicas de imágenes de difusión de MRI (dMRI) e imágenes funcionales en estado de reposo (fMRI) para evaluar posibles anomalías presentes en la microestructura de fibras nerviosas de sustancia blanca, y en las conectividades funcional y estructural en personas en riesgo genético de padecer la enfermedad de Alzheimer (AD). Con este propósito, se expandieron las métricas ya conocidas para fMRI y dMRI de modo tal de definir posibles predictores de la enfermedad. Para llevarlo a cabo, se ha explorado una muestra de sujetos adultos cognitivamente asintomáticos, pero con antecedentes de la AD en familiares de primer grado, mediante diversas metodologías. Se ha estudiado la arquitectura de las vías que conectan las áreas cerebrales que se ven primeramente afectadas durante la enfermedad mediante el análisis de dMRI. Se caracterizaron también la conectividad funcional y estructural de esta muestra de sujetos y se las comparó con la de un grupo de personas demográficamente equiparables pero sin antecedentes familiares de AD. Además, se asociaron estos aspectos con variables comportamentales y con la morfología de regiones cerebrales de especial interés para la enfermedad. Por último, se buscó construir una métrica que cuantifique el acoplamiento entre las dos conectividades previamente obtenidas, funcional y estructural. Las técnicas puestas a prueba para el estudio de la sustancia blanca han revelado una alteración en su integridad en el grupo de estudio en comparación al grupo control. Este deterioro se observó en la región posterior del cuerpo calloso, un gran haz de fibras que conecta transversalmente los dos hemisferios cerebrales, y una pequeña porción del fórnix derecho. Llamativamente, las conexiones que forman parte de este sector deteriorado de sustancia blanca involucran regiones que se ven afectadas por la AD. Por su parte, se hallaron también diferencias en la conectividad funcional obtenida a partir de la corteza entorrinal, viéndose disminuida en el grupo con antecedentes familiares de AD. Sin embargo, no se encontraron diferencias significativas en la conectividad funcional a partir de los núcleos talámicos anterodorsales ni en la conectividad estructural global. Finalmente, se logró una métrica que describe el acoplamiento de las conectividades en distintos enfoques: por grupo de estudio, por región de interés y por pares de conexión. Para este último caso se han encontrado no solo pares de conexión de regiones cuyo acoplamiento de conectividades es estadísticamente diferente entre grupos, sino también conexiones con acoplamiento significativo en el grupo control y no en el grupo asociado a la AD, marcando una potencial deficiencia. Replicar los resultados aquí presentados en otras muestras similares de sujetos con antecedentes familiares de primer orden podría resultar en importantes implicancias para la definición de la conectividad cerebral en estadios tempranos de la AD.
Abstract:
Characterizing the function and structure of the human brain is one of Mankind’s most interesting challenges. Understanding its states and alterations present a number of obstacles, some of which are being already overcome. The advances in scientific and technological matters of the 20th century allowed a promising approach in this field, being doubtless the nuclear magnetic resonance imaging (MRI) technique the most promising for the study of the brain, constituting a clear example of the scope from Physics to other disciplines, such as Medicine. These types of methods play a key role in interdisciplinary studies since they constantly push the limits of science and technology. The main objective of this Thesis is implementing diffusion MRI (dMRI) and functional MRI (fMRI) techniques to assess anomalies present in the microstructure of white matter fiber nerves, and structural and functional connectivity, in persons who are at risk of developing late-onset Alzheimer’s Disease (AD). With this purpose, we have expanded known metrics of fMRI and dMRI data with the aim of quantifying predictors of AD. To achieve this, we studied a sample of middle-aged asymptomatic offspring of patients diagnosed with late-onset AD with diverse methodologies. We explored white matter architecture of pathways which connect brain regions that are firstly affected by AD, by processing dMRI data. We also obtained and compared functional and structural connectivity observations between the group of interest and a similar control group without family history of AD. In addition, we sought associations of structural and functional metrics with cognitive scores and morphologic grey matter measures. Lastly, we defined a coupling metric between structural and functional connectivity. The implemented techniques to study the white matter microstructure revealed a subtle alteration in the group of offspring of late-onset AD compared with the control group. This deterioration is presented in posterior corpus callosum and right fornix. Surprisingly, this abnormal white matter area involves connections between grey matter regions that are affected by AD in its initial stages. We found decreased functional connectivity from the entorhinal cortex in the experimental group compared with healthy persons without a family history of AD. However, we did not find any significant difference in the functional connectivity from anterodorsal thalamic nuclei, as described in neuropathological reports, nor in regards to global structural connectivity. Finally, we developed a metric which describes the coupling between connectivities in three approaches: per group, per region of interest, and per connection. In the latter case, we found not only pairs of brain regions with statistically significant coupling, but also connections that are significant only in the control group, which suggests a potential deficit in the middle-aged offspring of AD patients. If replicated, the present observations of functional and structural brain connectivity changes in cognitively normal persons with family history of AD may bear important implications for the definition, early diagnosis in early stages of the disease.
Citación:
---------- APA ----------
Sánchez, Stella Maris. (2021). Caracterización de la transición entre estados de salud usando correlaciones espaciales y temporales de la señal cerebral de resonancia magnética funcional (fMRI) y de difusión (dMRI). (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6862_Sanchez
---------- CHICAGO ----------
Sánchez, Stella Maris. "Caracterización de la transición entre estados de salud usando correlaciones espaciales y temporales de la señal cerebral de resonancia magnética funcional (fMRI) y de difusión (dMRI)". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2021.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6862_Sanchez
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