imagens de ressonÂncia magnÉtica no estudo do

IMAGENS DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NO ESTUDO DO CÉREBRO E DO COMPORTAMENTO HUMANO !

Prof. Dr. Tiago Arruda Sanchez!Departamento de Radiologia - Faculdade de Medicina!

Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)!

FÍSICA'MÉDICA'

•  Física'em'Medicina'e'Biologia'

•  Carreira:'–  Hospitalar'

•  Radioterapia'•  Medicina'Nuclear'

•  RadiodiagnósAco'•  Outras….'

–  Acadêmico'

–  Inovação/Empresarial'

physis'='"natureza"'

•  Natureza'da'Matéria'Condensada'

•  Natureza'da'Matéria'Viva'

Estrutura,'composição,'propriedades'Ssicas'dos'materiais'

Estrutura,'composição,'propriedades'Ssicas'dos'tecidos,'órgãos,'sistemas'etc.'

+"Tecnologias"

FÍSICA"MÉDICA"

Físicos'médicos'Notáveis'

•  Ques8on:"Some"memorable"highlights"and"frustra8ons?"

"

•  JC"Highlights:"...in'1958'when'I'entered'the'field'was'to'establish'a'department'of'medical'physics'in'our'medical'school…''

''''in'1981,'I'was'the'Chair'of'the"first"department"of"medical"physics'in'a'medical'school'in'the'U.S''

•  JC"Frustra8ons:'…the"fear"of"cancer"from"low"dose"radia8on,"even"by"radiologists.'It'is'likely'that'we'need'more'radiaAon'to'improve'our'longevity'(about'three'years).'In'some'cases'radiaAon'reduces'the'incidence'of'cancer.''See'my'arAcle'in'the'October'2003'of'Radiology.'

•  John"Cameron"

"

Pioneirismo"em"Física"Médica"(MadisonOEUA)"

"Física"do"Corpo"Humano"

"

•  Densitometria"Óssea"(1960)"

•  Dosimetria"(TLD)"

•  Controle"de"Qualidade"ROX"'

Físicos'Notáveis'

• Roentgen""

prêmio'nobel'(1901):'RaiosdX'

•  Fundamental'para'a'Radiologia'e'Física'Médica'

Físicos'Notáveis'

•  Fundamental'para'a'Medicina'Nuclear'e'Física'Médica'

• Marie"Curie"

"

2'prêmios'nobel'em'Ssica'(único'caso):''d'(1903):'RadioaAvidade''d'(1911):'Radio'e'Polônio'

'Primeira'mulher'a'receber'o'Nobel'

Prize"mo8va8on:'"for'their'discoveries'concerning'magneAc'resonance'imaging"'

h\p://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2003/#"

Físico'Químico'

(30'anos'depois)'

Imagem"por"Ressonância"Magné8ca"de"7T'

40'anos'depois…'

•  175."Titulo:"Implementação'de'um'sistema'de'localização'espacial'de'regiões'cerebrais'em'tempo'real'para'aplicação'de'TMS'por'codregistro'com'fMRI'

–  Aluno:Andre'Salles'Cunha'Peres ''–  Orientador:Oswaldo'Baffa'Filho ''–  Data:11/04/2008 ''

•  153."Titulo:""Reconstrução'e'volumetria'de'imagens'de'SPECT'para'aplicação'clínica'no'sistema'gástrico”.''

–  Aluno:Adelson'Antonio'de'Castro ''–  Orientador:Dra¡ulio'Barros'de'Araujo ''–  Data:07/12/2005 ''

•  151."Titulo:"Desenvolvimento'de'um''phantom''para'treinamento'de'biopsia'de'mama'guiada'por'ultradsom'

–  Aluno:Silvio'Leão'Vieira ''–  Orientador:Antonio'Adilton'Oliveira'Carneiro ''–  Data:09/09/2005 ''

•  ' '•  150."Titulo:""Caracterização'de'tecidos'cerebrais'em'imagens'ultradsonográficas'de'neonatos'através'de'atributos'de'textura”.'

–  Aluno:Julia'Epischina'Engracia'de'Oliveira ''–  Orientador:Evandro'Eduardo'Seron'Ruiz ''–  Data:25/05/2005'

•  144."Titulo:""Caracterização'estrutural'e'magnéAca'de'filmes'finos'de'NidFe'fabricados'por'eletrodeposição".'

–  Aluno:Danieverton'Moreu ''–  Orientador:Marcelo'Mulato ''–  Data:14/03/2005'

TMS:"Es8mulação"Magné8ca"Transcraniana"

Volumetria"em"imagens"SPECT"

Phantom"p/"biópsia"em"Ultrasom"

“Laudo”"automá8co"Ultrasom"(Proc."Imagem)"

Filmes"Finos"para"Detectores"de"Radiação"

FAMB'(USP):'Programa'de'Física'Aplicada'à'Medicina'e'Biologia'

FAMB'(USP):'Programa'de'Física'Aplicada'à'Medicina'e'Biologia'

•  120."Titulo:""Estudo'das'caracterísAcas'espectroscópicas'dos'corantes'ciânicos'com'dois'cromóforos'na'interação'com'DNA:'efeitos'da'força'Iônica".'

–  Aluno:Fabio'Antonio'Schaberle ''–  Orientador:Iouri'Borissevitch ''–  Data:03/10/2002'

•  41."Titulo:"Imagens'de'fontes'magnéAcas'usando'um'sistema'mulAcanal'de'sensores'magnetodresisAvos'

–  Aluno:Juan'Alberto'Leyva'Cruz ''–  Orientador:Oswaldo'Baffa'Filho ''–  Data:03/11/2005'

•  28."Titulo:""Dosimetria'por'Ressonância'ParamagnéAca'Eletrônica'usando'alanina:'nova'metodologia'e'aplicações".'

–  Aluno:Felipe'Chen'Abrego ''–  Orientador:Oswaldo'Baffa'Filho ''–  Data:23/06/2003'–  ' '

•  15.'Titulo:""Um'biossusceptômetro'supercondutor'AC'para'quanAficar'o'ferro'hepáAco".'

–  Aluno:Antonio'Adilton'Oliveira'Carneiro ''–  Orientador:Oswaldo'Baffa'Filho ''–  Data:08/11/2001'–  ' '

•  6."Titulo:""Datação'Arqueológica'por'Ressonância'ParamagnéAca'Eletrônica'(RPE):'Desenvolvimento'de'Métodos'e'Algumas'Aplicações".'

–  Aluno:Antonio'Bruneu ''–  Orientador:Oswaldo'Baffa'Filho ''–  Data:25/08/2000 ''

FONTE:"h\p://famb.ffclrp.usp.br/"

Desenvolvimento"de"Terapias"Fotodinâmicas"

Imagens"Magné8cas"

Dosimetria"por"RPE"

Susceptômetro"para"Diagnós8co"

Datação"por"RPE"

Um'futuro…'o'chip'cerebral'

Prof.'Miguel'Nicolelis'Interface'cérebro'máquina'

MINHAS"PESQUISAS:"RM"E"PSIQUIATRIA"

CONCLUÍDAS'E'EM'ANDAMENTO'

"   DSM 5: novos transtornos, novos diagnósticos, novos medicamentos!

" Avanços da Psiquiatria moderna: BIOMARCADORES!" Moléculas (Receptores), Células, Tecidos, Sistemas!

!"   Normal x Anormal!

" Homeostase ? Bem Estar ? Duração !! ! !!

MARCADORES BIOLÓGICOS!

Pacientes'Normal'–'Saudáveis'

='ou'≠''

" Neurociência: !" Novas ferramentas de investigação!" Neuroimagem (Mapa Cerebral)!" Imagens Convencionais X Imagens Avançadas!" Neuroimagem Funcional!

!" Neurofisiologia => Marcadores Neurais das Funções Psicológicas

(Normais)!!" Aplicações Psiquiátricas:!

" Padrões Psicopatológicos,!"   Testagem Terapêutica (Psicoterapias, Drogas)!" Diagnóstico ???!

!" Presente, Futuro… (Novas Drogas, Reconhecimento de Padrão)!

NEUROCIÊNCIA!

" Emoção, Cognição e Regulação Emocional!

" Emoção: Estinulos Emocionais (Faces de Ekman, sinais ambientais - IAPS) !

" Cognição: Tarefas Diversas (Atenção, Memória, Interpretação)!

" Regulação Emocional (Cognitivo, Drogas)!

FUNÇÕES PSÍQUICAS!

Mudanças"

Emocionais"

Alterações"

Motoras"

Sintomas""

Vegeta8vos"

Déficits"

Cogni8vos"

DEPRESSÃO: um transtorno multidimensional!

Áreas Sensoriais: Detecção e Avaliação de

estímulos emocionalmente relevantes !

Áreas de Regulação: !Processos de Auto-regulação e regulação cognitiva!

Processos Sociais → Comportamento Adaptativo!

A Depressão Encefálica!

" Encontrar os mecanismos neurais subjacentes aos padrões comportamentais, !

! !principalmente em áreas corticais limbicas/cognitivas!!" Mapeamento Cerebral das mudanças do cérebro inteiro!

!" Correlação => Relação entre as redes neurais envolvidas com outras

medidas (clinicas, psicologica, e.g. questionários de Traço & Estado)!

" Conectividade => Dinamica das redes neurais envolvidas (em relação a outras areas)!

MAPEAMENTO POR "NEUROIMAGEM FUNCIONAL!

Visual Cortex!

Neuroimagem!

Neuroimagem!

Visual Cortex!

Visual Cortex!

Neuroimagem!

Escaneamento: 2 sessões (p. ex.: antes e após a medicação)! sujeitos normais ou patients !

Neuroimagem: Protocolo e Estímulos!

•  Atividade Hemodinâmica e Acoplamento Neurovascular!

•  Mudanças de Sinal nas Imagens por RMf!

•  Processamento e Análise de RMf por Mapas Estatísticos!

Imagem por Ressonância Magnética Funcional (RMf)!

Regulação Emocional por DIAZEPAM (ansiolítico)!

REDUÇÃO"em:"d  Amigdala"

d  Insula"

d  PreOfrontal"Ventromedial"

AFETO POSITIVO!REGULAÇÃO EMOCIONAL PELA ATENÇÃO:!

Artigo em submissão"

JUDGE&VALENCE& BARS&EASY& BARS&HARD&

Instruc8ons&Aversive&(mu8lated)&Neutral&

POSITIVE(AFFECT(FACILITATES(ATTENTIONAL(DEPLOYMENT(FROM(THREAT(1Faculdade(de(Medicina,(UFRJ,(Rio(de(Janeiro,(RJ(

2InsCtuto(de(BioFsica(Carlos(Chagas(Filho,(UFRJ,(Rio(de(Janeiro,(RJ(3Departamento((Interdisciplinar,(UFF,(Rio(das(Ostras,(RJ(

4InsCtuto(do(Cérebro,(UFRN,(Natal,(RN(5InsCtuto(Biomédico(–(Dept.(de(Fisiologia(e(Farmacologia,(UFF,(Niterói,(RJ(

Sanchez,(TA1;(Mocaiber,(I3;(Erthal,(FS2;((Joffily,(M2;(Volchan,(E1;(Pereira,(MG5;(de(Araujo,(DB4;(Oliveira,(L5.(

IntroducCon(

email:'([email protected]'

Behavioural:(

•  ANOVA(revealed(a(significant(main(effect(of( task( (p<0,02)(but(no(interacCon(or(main(effect(of(valence(for(these(measures.(

•  Performance( in( Hard( Bar( task( was( significantly( slower( than(both(Picture((p<0.005)(and(Easy(Bars(tasks((p<0.01).((

SCmulaCon(!  Visual&s8muli&centrally&and&peripherally,&during&200&ms&and&at&each&3080ms.&

!  CENTRALLY&&–&Pictures&from&IAPS&:&NEUTRAL&or&Aversive&MUTILATED(

!  PERIPHERALY&–&Bars&orienta8ons&differs&with&:&90º&(EASY)&and&6º&(HARD)'' ' ' ''''''''''''''''''TASKS:'''''(1)''''JUDGE'VALENCE'of'the'pictures'(neutral'or'aversive)'' '''''' ' ''''''''''''''''''''''''''''''''''''(2)'''''Judge'the'BARS''orienta(on'(same'or'different)'

'

!  Hybrid&Design:&

&

!  During&2&RUNS,&8&blocks&of&each&task&!  Tasks:&JUDGE&PICTURE&VALENCE,&JUDGE&BARS&EASY&and&JUDGE&BARS&HARD.&&!  36&tests&of&each&condi8on&(6&different&condi8ons):&

&&&&&&&&&&&&&&&PICdNEU,(PICdMUT(/(EASYdNEU,(EASYdMUT(/(DIFdNEU,(DIFdMUT(

The( role( of( afenCon( in( emoConal( processing( is( sCll( in( debate( [1].( The( reasons( for( findings( discrepancy( are( unclear,( suggesCng( that( several(variables(may(contribute(on(this(issue.(One(possibility(is(that(individual(differences(are(important(predictors(of(amygdala(sensiCvity(to(emoConal(sCmuli(and(help(to(explain(the(impact(of(this(sCmuli(on(brain(acCvity.(Recently,(posiCve(affect(trait(has(been(suggested(as(a(key(component(for(determining( human( variability( to( threat( reacCvity( [2].( Furthermore,( high( posiCve( affect( may( facilitate( afenCon( deployment,( as( it( has( been(associated(to(afenCon(narrowing([3].(

ObjecCve(

((Methods(

Here,( we( employed( fMRI( to( invesCgate( whether( amygdala( responses( to( highly( aversive( pictures( could( be( modulated( by( an( afenConal(deployment(task(and(whether(this(modulaCon(would(be(influenced(by(posiCve(affect(trait.(

Subjects(!  22&healthy&volunteers&

Psychometric(Measure(!  Posi8ve&Affect&and&Nega8ve&Affect&Schedule&(PANAS)&[Watson,(1988](

AquisiCon(and(Analysis(

!  fMRI&BOLD&images&in&a&1.5T&scanner&(Magnetom&Siemens).&

!  Processing& and& analysis& using& BrainVoyagerTM& (QX& 2.2),& with& GLM& and&group&analysis&by&random&effects&(RFX).&&

&

!  3(steps(of(analysis:(

!  Wholebrain+ANOVA+analysis&(voxel2to2voxel)&–&to&localize&the&regions&involved&in&EMOTION&and&ATTENTION.&

!  ROI&(Region&of&Interest)&analysis&–&to&test&amplitude&differences&(fMRI&es8mates)&during&every&condi8on&for&each&brain&region.&

!  Correla8on&between&ROI&data&extracted&from&each&subject&Amygdala&and&their&Posi8ve&Affect&trait&(PANAS)&

The(ROI(analysis(of(bilateral(amygdala(revealed(an(increased(acCvaCon(to(aversive( pictures( as( compared( to( neutral,( during( the( picture( judgment(task((p<0,05).(

Wholebrain'ANOVA:&

ROI(Analysis:(Modulatory(Effects(over(Amygdala((p<0,05)(

• ''Main'Effect'of'APen(on'(qFDR<0,05)'

• 'Regions'associated'to'ATTENTION:''

'Dorsolateral'PreYfrontal'Cortex''''Superior'Parietal'Cortex'''*Amygdala'

''

ATTENTION&

EMOTION&

JUDGE&VALENCE& &&BARS&EASY& HARD&

NEUTRAL&

MUTILATED&

Results(and(Discussion(

Conclusion(As(in(previous(works([1],(we(demonstrated(that(amygdala(reacCvity(to(muClaCon(pictures(was(modulated(by(afenCon(deployment(suggesCng( that( the( emoConal( processing( depends( on( afenConal( resources.( Herein,( during( the( performance( of( the( easy( task,(subjects(that(scored(higher(in(posiCve(affect(trait(exhibited(lower(amygdala(reacCvity(to(distracCve(aversive(pictures.(Thus,(posiCve(affect(facilitated(afenConal(deployment(away(from(highly(aversive(pictures,(afenuaCng(emoConal(responses.((

CAPES,(PROCADdCAPES,(CNPq,(FAPERJ,(PRONEX,(IBNdNet/FINEP(by(financial(support.(

[1]&Pessoa&L.,&Padmala&S.&and&Morland&T.&Fate&of&unafended&fearful&faces&in&the&amygdala&is&determined&by&both&afen8onal&resources&and&cogni8ve&modula8on.&NeuroImage&281&(2005),&pp.&249–255.&[2]&Oliveira,&L.&A.&S.,&Oliveira,&L.,&Joffily,&M.,&PereiraiJunior,&P.&P.,&Lang,&P.&J.,&Pereira,&M.&G.,&Figueira,&I.&and&Volchan,&E.&(2009),&Autonomic&reac8ons&to&mu8la8on&pictures:&Posi8ve&affect&facilitates&safety&signal&processing.&Psychophysiology,&46:&870–873.&[3]&HarmoniJones,&E.,&Gable,&P.A.&(2009).&Neural&ac8vity&underlying&the&effect&of&approachimo8vated&posi8ve&affect&on&narrowed&afen8on.&Psychological&Science&20,&406–409.&

References(

CorrelaCon((r(=(d(0,51,(p(<(0,01)(

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

Positive Affect

-0,6016

-0,4125

-0,3076

-0,0779

0,0198

0,1170

0,3139

0,4619

fMR

I est

imat

es

RIGHT(

LEFT(

fMRI(esCmates(

Judging(EASY(bar(orientaCon:( inverse(correlaCon(between( posiCve( affect( level( and( acCvaCon( to(unpleasant(sCmuli((leq(amygdala).(

((Acknowledgments(

JUDGE&VALENCE& BARS&EASY& BARS&HARD&

Instruc8ons&Aversive&(mu8lated)&Neutral&

POSITIVE(AFFECT(FACILITATES(ATTENTIONAL(DEPLOYMENT(FROM(THREAT(1Faculdade(de(Medicina,(UFRJ,(Rio(de(Janeiro,(RJ(

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IntroducCon(

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Behavioural:(

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ObjecCve(

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!  3(steps(of(analysis:(

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Wholebrain'ANOVA:&

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• ''Main'Effect'of'APen(on'(qFDR<0,05)'

• 'Regions'associated'to'ATTENTION:''

'Dorsolateral'PreYfrontal'Cortex''''Superior'Parietal'Cortex'''*Amygdala'

''

ATTENTION&

EMOTION&

JUDGE&VALENCE& &&BARS&EASY& HARD&

NEUTRAL&

MUTILATED&

Results(and(Discussion(

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References(

CorrelaCon((r(=(d(0,51,(p(<(0,01)(

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

Positive Affect

-0,6016

-0,4125

-0,3076

-0,0779

0,0198

0,1170

0,3139

0,4619

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((Acknowledgments(

REGULA"melhor"quem"tem"maior"traço"de"Afeto"Posi8vo"

Auto-avaliação e Depressão!

Recursos Cognitivos e Depressão!

Novas drogas e Depressão!

•  Quetamina e outras…!

•  Effect of Agomelatina na Avaliação de Si?!•  Brain effects (fMRI) of 25 mg/day of agomelatine (vs placebo)

during a self-referential task in MDD patients (vs healthy controls) after 7 days administration !

•  Depressão Maior : processamento anormal de Si (auto-avaliação) e Outro!•  Comprometimento Emocional e das aptidões sociais!

Fossa8"et"al,"European"Psychiatry,"2013"

•  Material"(IAPS"et"EPS)""

"108"posi8ve"pictures""

"108"nega8ve"pictures""

"108"neutral"pictures""

"

•  3"judgment"condi8ons:"

"Self":"The"subject"judged"if"the"picture"was"selfOrelated"

or"not""

"General":"The"subject"judged"if"the"picture"was"

posi8ve"or"nega8ve"

"Control":"the"subject"had"to"state"if"the"picture"

represented"an"outdoor"or"indoor"scene"

Metodos : tarefa usada na RMf!


Brain activity at baseline !

Patients (Agomelatine+placebo) vs Healthy volunteers at W0 !

(a) Left DLPFC, (b) right DLPFC, (c) right VLPFC, (d) dorsal ACC!


Early effect of Agomelatine on VLPFC!

W0 W1 W0 W1 W0 W1

Placebo Agomelatine Patients Healthy Volunteers

Right VLPFC

P=0.0006

Interaction P=0.0008

P=0.014 Interaction

a b

c

In"MDD"pa8ents":"normaliza8on"of"VLPFC"

hyperac8vity"to"healthy"volunteers��level"at"W1"


Reconhecimento de padrão!

" Functioning of depressed patients!

Futuro diagnóstico da Depressão!

" Functioning of depressed patients!

"   A Depressão muda a atividade de uma extensiva rede geralmente envolvida com Emoção, Cognição e outras funções comportamentais. !

" Pela interação entre Emoção e Cognição, o diagnóstico e a terapia devem ser feitos extensivamente.!

!!" Nesta abordagem, as evidencias de novos tr atamentos

medicamentosos tem tido diferentes interpretações!

"   A Agomelatine facilita a recuperação cognitiva dentre os sintomas de Depressão. !

CONCLUSION!

" Contato: ! [email protected]!

imagens de ressonÂncia magnÉtica no estudo do

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