A base neural do sinal de ressonância magnética funcional dependente do nível de oxigênio no sangue

A ressonância magnética (RM) tornou-se rapidamente uma ferramenta importante na medicina clínica e na pesquisa biológica. Sua variante funcional (ressonância magnética funcional; fMRI) é atualmente o método mais utilizado para mapeamento cerebral e estudo da base neural da cognição humana. Embora o método seja amplamente utilizado, há um conhecimento insuficiente sobre a base fisiológica do sinal de fMRI para interpretar os dados com confiança em relação à atividade neural. Este artigo revisa os princípios básicos da RM e da fMRI, e posteriormente discute em algum detalhe a relação entre o sinal fMRI dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD) e a atividade neural elicita durante a estimulação sensorial. Para examinar essa relação, realizamos os primeiros registros intracorticais simultâneos de sinais neurais e respostas BOLD. Dependendo das características temporais do estímulo, foi encontrada uma correlação moderada a forte entre a atividade neural medida com microeletrodos e o sinal BOLD médio em uma pequena área ao redor das pontas dos microeletrodos. No entanto, o sinal BOLD apresentou variabilidade significativamente maior do que a atividade neural, indicando que a fMRI humana combinada com métodos estatísticos tradicionais subestima a confiabilidade da atividade neuronal. Para entender a contribuição relativa de vários tipos de sinais neuronais à resposta hemodinâmica, comparamos potenciais de campo local (LFPs), atividade de unidades únicas e multiunidades (MUA) com respostas fMRI de alta espaço-temporal registradas simultaneamente no córtex visual de macacos. Em locais de registro caracterizados por respostas transitórias, apenas o sinal LFP mostrou correlação significativa com a resposta hemodinâmica. Além disso, os LFPs apresentaram o maior sinal em magnitude e a análise de sistemas lineares mostrou que os LFPs eram melhores do que os MUAs em prever as respostas fMRI. Essas descobertas, juntamente com uma análise dos sinais neurais, indicam que o sinal BOLD mede principalmente a entrada e o processamento da informação neuronal dentro de uma região e não o sinal de saída transmitido a outras regiões do cérebro.