Neuropsicología y Resonancia Magnética Funcional

Radiologa. 2008;50:351-65 351

Introduccin

A lo largo de la Historia, la Radiologa y la Psicologa se handesarrollado por separado, pero la aparicin de las tcnicas deneuroimagen, y en especial las tcnicas funcionales han revolu-cionado el estudio de las relaciones entre el cerebro y la conduc-ta, precipitando la colaboracin entre ambas disciplinas. Con laaparicin de la tomografa por emisin de positrones (PET) enlos aos ochenta y la resonancia magntica funcional (RMf) enlos noventa1-3, las tcnicas de neuroimagen funcional se hanconvertido en un pilar fundamental para el desarrollo de laNeurociencia, permitiendo a los investigadores localizar regio-nes del cerebro implicadas en la percepcin, la accin, la memo-ria, el lenguaje o la emocin, entre otros4,5.

Los neuropsiclogos (dedicados al estudio de las relacionesentre el cerebro y la conducta) estn incorporando de formamasiva el uso de esta tecnologa. La RM se ha convertido en unaherramienta ms dentro de las que dispone el neuropsiclogo

para el conocimiento del sistema nervioso central y su relacincon la conducta. Al mismo tiempo, los Servicios de Imagen m-dica se benefician de la presencia de un neuropsiclogo, conoce-dor de los procesos cognitivos y sus componentes, ya que, comose ver a continuacin, ha de estar implicado en el diseo de losestudios y la interpretacin de los resultados.

En el presente trabajo se revisa el papel del neuropsiclogo enun Servicio de Imagen mdica, mostrando las reas en las quetiene cabida su participacin. stas se centran fundamental-mente en el diseo de los paradigmas, la supervisin de la con-ducta del sujeto durante la realizacin del estudio de RMf y, fi-nalmente, en la interpretacin de los resultados. De igual modose introducen algunos conceptos frecuentes en el uso de la RMf,as como los paradigmas validados de uso ms frecuente en elmbito clnico.

Resonancia magntica funcional

Mostrar las bases neurofisiolgicas de la RMf excede los objeti-vos de este trabajo, si bien vale la pena sealar que la RMf esuna herramienta que permite el registro en vivo de la actividadcerebral en el humano. Esta tcnica se basa en el efecto BOLD(blood oxigenation level dependent), que utiliza las propiedadesmagnticas de la oxi y deoxihemoglobina como contraste end-

Neuropsicologa y resonancia magntica funcional:conceptos generalesM. Ros-Lago

Unidad de Investigacin Proyecto Alzheimer (UIPA). Fundacin CIEN-Fundacin Reina Sofa. Madrid. Departamento de Psicologa Bsica II.Facultad de Psicologa. UNED. Madrid. Unidad de Dao Cerebral. Hospital Beata Mara Ana. Madrid. Espaa.

Correspondencia:

MARCOS ROS-LAGO. Departamento de Psicologa Bsica II. Facultad dePsicologa. UNED. C/ Juan del Rosal, 10. 28040 Madrid. Espaa. [email protected]

Recibido: 19-II-08Aceptado: 24-IV-08

RADIOLOGA ARTCULO ESPECIAL

Functional magnetic resonanceand neuropsychology: basicconcepts

This paper describes the specific tasks of the neuropsy-chologist in a medical imaging department during the studyof the relations between the brain and behavior. The neu-ropsychologists role as a member of a multidisciplinary teamcenters on paradigm design (motor, visual, language, memo-ry, etc.), supervising subjects (patients or controls) behaviorduring functional magnetic resonance acquisition, and inter-preting the results. Thus, it is essential for the neuropsycholo-gist to know the characteristics, possibilities, and limitationsof the imaging technique as well as aspects directly related toneuropsychology, such as cognitive processes and theircomponents. We also introduce some common concepts infunctional magnetic resonance and review some of the para-digms that are most frequently employed in clinical concepts.

Key words: cognition, behavior, Neuroscience, Neuroima-ging, Neuropsychology, paradigm, functional magnetic re-sonance.

El presente trabajo presenta las tareas especficas delneuropsiclogo en una Unidad de Imagen mdica duranteel estudio de las relaciones entre el cerebro y la conducta.Su papel como parte del equipo multidisciplinario se centraen el diseo de paradigmas (motor, visual, lenguaje, memo-ria, etc.), la supervisin de la conducta de los sujetos (pa-cientes o controles) durante la realizacin de los registrosde resonancia magntica funcional y la interpretacin delos resultados. Todo ello obliga al neuropsiclogo a cono-cer no slo aquello que le es propio (los procesos cogniti-vos y sus componentes), sino tambin las caractersticas,posibilidades y limitaciones de la tcnica con la que traba-ja. De igual forma se introducen algunos conceptos de usohabitual en resonancia magntica funcional y se revisan al-gunos de los paradigmas de uso ms frecuente en contex-tos clnicos.

Palabras clave: cognicin, conducta, Neurociencia, Neu -roimagen, Neuropsicologa, paradigma, resonanciamagntica funcional.

(351-365) Artculo especial-Neuropsicologa y...:01 Actualizacion 887 (333-339) 10/10/2008 11:59 Pgina 351Documento descargado de http://www.elsevier.es el 07/05/2015. Copia para uso personal, se prohbe la transmisin de este documento por cualquier medio o formato.

geno, lo que permitir detectar cambios en el flujo sanguneocerebral2. La alteracin que produce la presencia de deoxihemo-globina en el campo magntico disminuye ligeramente la sealen T2*, mientras que la oxihemoglobina que es diamagnticatiene un efecto inapreciable sobre el T2*. Estas pequeas dife-rencias son detectadas al comparar las imgenes mediante pro-cedimientos estadsticos, dando lugar a mapas de activacin su-perpuestos a imgenes de alta resolucin.

Su escasa invasividad, la posibilidad de repetir estudios en elmismo paciente con frecuencia, la resolucin espacial que ofrecey su disponibilidad han convertido la RMf en una de las tcnicasde neuroimagen ms empleadas en la Neurociencia actual. Sirvacomo ejemplo el importante aumento del nmero de artculospublicados que tratan de desentraar la relacin entre el cerebroy la cognicin (fig. 1), e incluso en la creacin de revistas cient-ficas especializadas como Neuroimage (1992) o Human BrainMapping (1993), cuyo objetivo es esclarecer la localizacin yfuncionamiento de los procesos cognitivos en el cerebro.

Gracias al uso de estas tcnicas es posible alcanzar metas rele-vantes tanto desde un punto de vista clnico como para la inves-tigacin bsica. La RMf permite definir el modo en que funcio-nan distintas regiones del cerebro, estudiar su evolucin a lo

largo del ciclo vital y profundizar en el conocimiento de sus en-fermedades. Algunas de sus posibles aplicaciones son:

1. Localizar un proceso(1) cognitivo, un mecanismo motor operceptivo a modo de frenologa(2) moderna (tanto para planifi-car una ciruga como para investigar la organizacin funcionaldel cerebro)6,7.

2. Caracterizar las respuestas y funcin de determinadas re-giones del cerebro.

3. Estudiar el funcionamiento irregular del cerebro en pacientes.4. Seguir el efecto de un tratamiento (farmacolgico, por

ejemplo) sobre determinadas regiones del cerebro8.5. Evaluar el papel de la experiencia y el entrenamiento sobre

los mecanismos de plasticidad cerebral (por ejemplo, en pacien-tes con dao cerebral adquirido o en estudios de envejecimientoy demencia) (fig. 2)9,10.

Sea cual sea el inters del estudio, ste ha de seguir un proce-so (fig. 3) en el que participan diferentes profesionales, pero enel que el neuropsiclogo tiene un papel esencial, tanto en el di-seo de los paradigmas como en el control de la ejecucin de losmismos, y finalmente en la interpretacin de los resultados11.

El diseo de paradigmas

Un paradigma es el conjunto de estmulos que, organizados condeterminadas pautas temporales, conforman la tarea que ha derealizar el sujeto durante la adquisicin de las imgenes porRMf. El objetivo del paradigma es poner en marcha procesoscognitivos, motores o sensoriales especficos, de modo que sea

Ros-Lago M. Neuropsicologa y resonancia magntica funcional: conceptos generales

352 Radiologa. 2008;50:351-65

Fig. 1. Nmero de artculos (originales y revisiones) publicados en revistas incluidas en Pubmed, realizando una bs-queda con fecha 30 de enero de 2008, y que incluyen las palabras resonancia magntica y cognicin.

0100200300400500600700800900

1.0001.1001.2001.3001.4001.5001.6001.700

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2007

Nm

ero

de a

rtcu

los p

ublic

ados

Artculos Revisiones

(1) Proceso: operacin o conjunto de operaciones que transforman un input(un estmulo externo, por ejemplo) en un output (por ejemplo, una respuestaconductual observable).

(2) Teora que afirmaba que es posible determinar la personalidad, habilida-des y carcter de una persona basndose en la forma de su cabeza. Fue de-sarrollada en el siglo XIX por el neuroanatomista alemn Franz Joseph Gall.


posible localizar la arquitectura funcional(3) subyacente aellos. As, el papel del neuropsiclogo es maximizar las posibili-dades de la RMf a travs del control experimental de las varia-bles, por lo que debe considerar los estmulos que se van a pre-sentar, su duracin, el intervalo entre stos, su presentacintemporal en funcin del tiempo de repeticin, las instruccionesque se dan al sujeto participante sobre la tarea a realizar, as co-mo la necesidad o no del registro de sus respuestas. Pequeasvariaciones en alguno de estos parmetros pueden llevar a resul-tados notoriamente diferentes5,11-14.

El diseo del paradigma puede cumplir un doble objetivo. Porun lado, determinar si un rea est activa o no (capacidad dedeteccin) y, por otro, estimar el cambio de esa actividad a lolargo del tiempo o, dicho de otro modo, describir con precisinla respuesta hemodinmica en una regin especfica del cerebroante la aparicin de un determinado tipo de estmulo (capaci-dad de estimacin)13. Cada uno de estos objetivos guarda rela-cin respectivamente con los diseos de bloques y los diseos li-gados a eventos (ER, event-related designs).

El diseo de estos paradigmas y, por extensin, la base de losestudios de RMf tienen su origen en un procedimiento desarro-llado en el siglo XIX15, donde cobran especial importancia lascomparaciones experimentales que se van a realizar. En todo es-tudio con RMf es preciso comparar, al menos, dos condiciones,de modo que sea posible estudiar las diferencias en la seal aso-ciada a cada una de ellas.

Diseos de bloques

En el procedimiento ms sencillo se comparan perodos (o blo-ques) de actividad (con la tarea de inters), frente a perodos de

control o de reposo16-19 (fig. 4). En este diseo el sujeto realizados condiciones: una de activacin y una de control. El n-mero de bloques variar en funcin del tipo de estudio, con lanorma de que al aumentar el nmero de bloques se incremen-tar la potencia de contraste y la significacin estadstica. En ge-neral, durante la condicin de control se pide al sujeto que nohaga nada o que deje de hacer la tarea solicitada en la condi-cin de activacin. En estos casos se denomina reposo. Esposible comparar condiciones muy similares, salvo en el procesode inters (el componente especfico que se desea estudiar), ob-teniendo as resultados mucho ms especficos. En la figura 5 semuestra un ejemplo con el lenguaje.

Los diseos de bloques presentan numerosas ventajas que loshacen propicios para ser empleados en el contexto clnico (tabla 1).stos son de gran inters cuando el objetivo del experimento esla deteccin de la activacin, lo que suele ser la norma en el m-bito clnico. Adems, su posproceso y anlisis es relativamentesencillo, de modo que es posible incluso con el software apro-piado obtener resultados en tiempo real (con un pequeo re-traso de 4-5 segundos). Este control del resultado en tiempo reales muy til, ya que permite comprobar si el paciente est reali-zando el proceso de forma adecuada.

Las caractersticas y parmetros de un diseo de bloques sonlos siguientes:

Duracin de los bloques

La duracin y longitud ptima de los bloques para obtener unapotencia de contraste mxima se encuentra entre los 14 y los 20segundos20, aunque es posible emplear bloques ligeramente mslargos (unos 30 segundos)21. En general, los ms largos permi-ten la estabilidad de respuestas sostenidas en el tiempo, lo quefacilita que la respuesta hemodinmica se sature alcanzando unmximo, hecho que ocurre aproximadamente tras 10 segundosde estimulacin. Por el contrario, los ms cortos permiten incre-mentar el nmero de transiciones entre las condiciones, aumen -tando as la variabilidad asociada a la tarea.


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Fig. 2. Estudio longitudinal de resonancia magntica funcional mediante un paradigma motor. Se observa el proceso de reorganizacin cor-tical de un paciente con dificultades motoras tras sufrir un accidente cerebrovascular9.

(3) Arquitectura funcional hace referencia al conjunto de estructuras y proce-sos que participan en la realizacin de diferentes tareas.


Periodicidad de los bloques

Ha de ser considerada con el objetivo de no confundir la activi-dad relacionada con la tarea con otros factores. Por ejemplo, sila persona respira con una cadencia de 5 segundos y los bloquesocurren con la misma frecuencia, parte de los resultados puedenverse afectados de manera consistente por otro factor (en esteejemplo, con la tasa respiratoria, lo que se puede resolver emple-ando una periodicidad claramente distinta a la de la variable deconfusin).

Duracin de los estmulos

Para aumentar la sensibilidad del estudio hay que maximizar eltiempo en el que el estmulo est presente y minimizar el inter-valo entre estmulos (ISI, interstimulus interval)22.

Nmero de bloques

A mayor nmero de bloques, mayor potencia de contraste. Sinembargo, un aumento en la duracin del estudio provocar efec-tos negativos, como el cansancio del sujeto o la habituacin a latarea. En este caso se mejora la calidad estadstica del estudio acosta de la validez psicolgica del mismo. Por el contrario, undiseo con pocos bloques es ms sensible a la deriva o inestabili-dad de la seal de la RM. Por ello es preciso equilibrar la balanzaentre la validez psicolgica y la potencia de contraste deseada,en funcin de las necesidades del estudio.

Nmero de condiciones

Han de ser las menos posibles. En general, en el contexto clnicose usan dos condiciones: activacin y reposo. Es posible usar


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Neurociencia bsica yNeurociencia cognitiva

Neurorradilogo

Neuroanatomafuncional

Contexto clnico(neuropsicologa, neuropsiquiatra,

neurologa, neurociruga, etc.)

Diseo del estudioObjetivos: clnicoso investigadores

Diseo de paradigmaneuropsicolgico

Desarrollode la secuenciay parmetros

del estudio de imagen(RMf)

Realizacin del estudioAdquisicin

de las imgenes

Postproceso de lasimgenes y anlisis

Interpretacinde los datos

Caracterizaciny estudio cognitivodel paciente o de

los grupos de sujetos

Neuroanatomafuncional

NeurorradilogoNeurociencia bsica y

Neurociencia cognitiva

Contexto clnico(neuropsicologa, neuropsiquiatra,

neurologa, neurociruga, etc.)

Fig. 3. Pasos secuenciales para la realizacin de un estudio de resonancia magntica funcional (RMf). Adapta-da de Silbersweig D et al83.


hasta 4 por serie, siendo deseable que todas ellas se realicen den-tro de la misma secuencia, bajo las mismas condiciones de registro.

Diseos ligados a eventos

Los diseos ER son ms complejos en cuanto a su elaboracin,realizacin y anlisis; sin embargo, son ms ricos en cuanto alas posibilidades que ofrecen. stos permiten al investigador ca-racterizar la respuesta BOLD en funcin de los distintos tipos deensayo o de las respuestas del participante (ejecucin de la tarea,los tiempos de reaccin, etc.) de forma anloga a los estudioscon potenciales evocados mediante registros electroencefalogr-ficos13,23-25. Durante la fase de anlisis se obtiene una respuestahemodinmica promedio para cada tipo de estmulo, respuestao ensayo, as como un mapa estadstico (fig. 6).

As, se elimina la posible confusin entre el estado generaldel sujeto y la respuesta especfica al tem26, y permitenaumentar el nmero de conclusiones que se pueden obtener conuna misma adquisicin, siendo ms especfico en cada una deellas, evitando problemas derivados de las expectativas y la habi-tuacin, propias de los diseos de bloques (tabla 2).

As, los diseos ER resuelven algunas de las limitaciones de losdiseos de bloques, siendo una herramienta de gran utilidad parael estudio de los procesos cognitivos, sensoriales y motores (tabla 3),si bien no estn exentos de limitaciones20,21,27 (tabla 4). La com-pleja elaboracin del diseo, aplicacin, posproceso e interpreta-

cin de los resultados hacen que su uso quede limitado casi ex-clusivamente a la investigacin. Adems, la capacidad para detec-tar resultados en estudios de caso nico es menor que en los di-seos de bloques, restringiendo an ms su uso clnico14.

Los diseos ER no son un diseo nico, y los parmetros quehan de ser tenidos en cuenta son mltiples. Su descripcin pre-cisa excede los objetivos del presente trabajo, por lo que el lectorinteresado puede acudir a fuentes ms especificas para una des-cripcin ms exhaustiva11,13,14,28,29.

Aplicacin de la resonancia magntica funcionalen el contexto clnico

La localizacin de procesos en el cerebro desde un punto de vistaclnico es de una gran utilidad. Aunque su uso no est generali-zado, la RMf se emplea como un medio diagnstico cada vezms frecuente, si bien est casi restringida a la creacin de ma-pas corticales para detectar reas de riesgo en los procedimientosquirrgicos (reas del lenguaje, corteza motora y visual), y tam-bin para determinar el hemisferio dominante para el lenguaje ola memoria. La obtencin de estos mapas posibilita una cirugamenos invasiva al respetar zonas relacionadas con determinadosprocesos cerebrales, localizados en sitios no habituales, quizdesplazados por las lesiones, por fenmenos de plasticidad cere-bral o por variaciones individuales6,7,30,31. En cualquier caso, lasaplicaciones ms importantes son las siguientes32:


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Fig. 4. Modelo de diseo de bloques y tres ejemplos de paradigma: motor, visual y de lenguaje. En el paradigma motor el sujeto debe abriry cerrar la mano durante los bloques de activacin. En el paradigma visual el sujeto observa pasivamente el tablero de ajedrez en el quecambian con una frecuencia de 4 Hz las casillas blancas por las negras. En el paradigma de lenguaje el sujeto debe decir palabras que co-miencen por diferentes letras (se cambia la letra cada 6 segundos para mantener su implicacin en la tarea). En todos ellos se sigue un pro-cedimiento convencional consistente en alternar bloques de activacin y reposo de 30 segundos de duracin durante 5 minutos. As, selogran 5 bloques de activacin y 5 de reposo intercalados. Las imgenes obtenidas en cada uno de estos periodos sern comparadas en lafase de anlisis mediante procedimientos estadsticos con programas diseados a tal efecto (SPM, Brain Voyager, FSL, BrainWave, etc.) yse extraen conclusiones sobre los cambios encontrados en la respuesta hemodinmica durante cada uno de los periodos.

30 seg

Activacin

30 seg

Activacin

30 seg

Activacin

30 seg

Activacin

30 seg

Activacin

30 segReposo

30 segReposo

30 segReposo

30 segReposo

30 segReposo

Mueva Pare Mueva Pare Mueva Pare Mueva Pare Mueva Pare

Pare Pare Pare Pare Pare

FASMOJ RNITEG TAISRC ANPLOR JMFUGC

Modelode

bloques

Tareamotora

Abra y cierre

Estimulacinvisual

Tarea defluidez verbalDiga palabras

que empiecen por...


1. Demostrar el funcionamiento anormal de determinadas es-tructuras (para el diagnstico).

2. Localizacin de la actividad asociada a la funcin en cere-bros lesionados (mapas prequirrgicos).

3. Estudiar los mecanismos de recuperacin de la funcin trasuna lesin o en el desarrollo normal.

4. Ser un biomarcador objetivo para evaluar la respuesta te-raputica y el pronstico de los pacientes.

Sin embargo, ms all de los mapas de actividad prequirrgi-cos, el uso clnico de la RMf se encuentra muy limitado33. Paraque su utilizacin se generalice y puedan interpretarse adecua-damente, los resultados se han de cumplir los siguientes crite-

rios32,34: a) es necesario el desarrollo de paradigmas apropiadospara evocar la actividad de inters y ha de estar validada en su-jetos sanos; b) el procedimiento debe ser aplicable en la ma-yora de los pacientes; c) debe aportar informacin relevante enlos estudios de caso nico; d) ha de mostrar una alta fiabilidadtest-retest; e) la informacin proporcionada ha de mostrar vali-dez convergente con la proporcionada por el test de Wada(TW) o por la electrocorticografa intraoperatoria; f) la infor-macin ha de ser tan fiable como la que aportan otros mtodosvlidos; y g) se ha de disponer de datos normativos de actividadcerebral, organizados por caractersticas demogrficas y clni-cas, que incluyan diferentes edades, niveles educativos, niveles


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Fig. 5. Estudios de lenguaje. Los resultados de un estudio de resonancia magntica funcional dependen no slo de la tarea realizada en losperodos de activacin, sino tambin de la condicin de control. En la parte inferior se aprecia cmo diversas reas de actividad desaparecenal realizar un contraste ms restrictivo, eliminando toda la actividad asociada a la categorizacin (Hospital Ruber Internacional; con permiso).

Tarea:Categorizacinsemntica

Control:Reposo

Tarea:Categorizacinsemntica

Tarea:Categorizacinde tonos

Su sencillez los hace comprensibles para su uso en pacientes con rendimiento deteriorado

Corta duracin

Facilitan el uso de tareas de estimulacin pasiva o sensorial

Eliminan el cambio de tarea rpido y constante propio de los diseos ligados a eventos

tiles para el estudio de componentes cognitivos que no estn sujetos a variacin paramtrica; todos los ensayos son categricos y consistentes

Algunas manipulaciones experimentales tienen ms efecto en diseos de bloques (por ejemplo, cambios en atencin selectiva)

Alta consistencia de los resultados inter e intrasujeto

Elevada potencia de contraste. Alta sensibilidad para la deteccin de efectos muy pequeos

Buena relacin seal-ruido

TABLA 1. Ventajas de los diseos de bloques


de dificultad de la tarea u otros parmetros especficos de cadatipo de paciente.

Paradigmas frecuentes en estudios clnicos

De acuerdo con estos criterios de calidad establecidos, el neuro -psiclogo debe proporcionar paradigmas vlidos (siempre miden

lo que se quiere medir) y fiables (siempre miden lo mismo) parala localizacin de los procesos de inters. Con ese objetivo nu-merosos trabajos emplean una batera de tareas para RMf queaporte validez convergente e informacin relevante para la tomade decisiones7,35,36.

Los estudios ms fiables son aquellos que implican reas cere-brales primarias. En este grupo destacan fundamentalmente losestudios de corteza visual, que tienen como objetivo investigar elmodo en el que la corteza occipital responde a diferentes carac-


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Fig. 6. Diseos ligados a eventos (ER). Los ensayos (presentacin del estmulo, respuesta del sujeto, intervalo entre estmulos) se presentande manera aleatoria. En este ejemplo la tarea del sujeto es pulsar el botn cuando vea una cruz. Si bien, como se aprecia, comete algunoserrores (E). Este tipo de diseos permite seleccionar los ensayos de inters y obtener mapas estadsticos especficos para cada uno deellos, as como promedios de la respuesta hemodinmica (HDR, haemodynamic response).

Tiempo

Estmulos presentados

Respuestas del sujeto R

Figuras rojasFR

TringulosT

Respuestascorrectas

C

ErroresE

Anl

isis

por

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rstic

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l est

mul

oAn

lis

is p

or c

arac

ters

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del s

ujet

o

Tiempo

Tiempo

Tiempo

Tiempo

Mapa estadstico(SPM)

HDRestimada

Una mala eleccin de la lnea llevar a conclusiones incorrectas

No se pueden realizar muchas tareas de forma simultnea o repetida

Incrementa la fatiga y los cambios en el nivel de atencin

Facilita la anticipacin de los sujetos (prediccin de los acontecimientos)

Dificultad para mantener el mismo estado cognitivo (set) durante los bloques largos, que puede cambiar a lo largo del registro

Habituacin rpida con determinados estmulos (por ejemplo, respuesta olfativa)

Asume la insercin pura y la sustraccin cognitiva

Posible confusin que se deriva de agrupar todos los ensayos de un mismo tipo en un mismo bloque, mezclando respuestas correctas e incorrectas odistintos tiempos de reaccin

Dificultad de encajar en diseos de bloques determinados paradigmas (por ejemplo, paradigmas oddball*)

Imposibilidad de separar y estudiar respuestas individuales

Dificultad para estimar y describir la respuesta hemodinmica

Dificultad para identificar la magnitud de la activacin

Muy sensibles a la deriva de la seal

TABLA 2. Limitaciones de los diseos de bloques

*Paradigma de tipo oddball: el inters del estudio reside en el efecto novedoso que producen los estmulos que rompen el contexto. Para ello, los estmulos de inters han deser poco frecuentes y sobresalir de entre una multitud de ensayos montonos que forman el contexto. En estos casos el diseo ms conveniente es el ligado a eventos.


tersticas de los estmulos para localizar diferentes reas visualespara la planificacin de tratamientos quirrgicos o de radiotera-pia (fig. 7)12,37-39. Los estudios que muestran una mayor estan-darizacin y utilidad clnica clara son los motores, por lo que acontinuacin se tratan de forma especfica.

Estudios motores

Van dirigidos a la localizacin de la red motora, principalmentereas motoras primarias, rea motora suplementaria y cerebelo.Existen diferentes modalidades de tarea motora que permiten lo-calizar fcilmente la actividad, tanto en tareas de movimiento dela mano como del pie, de los labios o de la lengua40,41. Todasellas son fcilmente reproducibles intra e intersujetos.

Los ms frecuentes se centran en el estudio de movimientosde la mano, y las posibilidades son mltiples: movimientos deflexin y extensin de los cuatro dedos frente al pulgar, apretaruna pelota de espuma (para mantener constante la fuerza quehace el sujeto), abrir y cerrar el puo (variando parmetros co-mo la frecuencia del movimiento) o el llamado finger-tapping,en el que el sujeto debe ir tocando con el pulgar de forma se-cuencial cada uno de los otros dedos de la mano (fig. 8)42,43. Pa-rece que las diferentes tareas empleadas no hacen variar en granmedida los patrones de actividad, si bien cada uno de ellos apor-ta pequeas diferencias que pueden ser de inters en funcin delos objetivos del estudio43.

Los estudios motores han sido validados mediante electrocor-ticografa, mostrando un buen ajuste en los resultados obteni-dos con ambas tcnicas32,36,44. Otros trabajos muestran una altacorrelacin entre RMf y estimulacin magntica transcranealcuando se usan ambas tcnicas para localizar el desplazamientode la corteza motora previo a procedimientos quirrgicos45.

Estudios de lenguaje

Las tareas de lenguaje muestran una alta fiabilidad test-retest, loque ha permitido una amplia implantacin y su uso clnico46. Setrata de un conjunto de paradigmas diseados para localizar ylateralizar el lenguaje (o sus componentes), y su uso clnico esuno de los ms extendidos. Algunos ejemplos de paradigmas uti-lizados para provocar una actividad asociada al lenguaje son:

1. Fluidez verbal: el sujeto debe nombrar palabras que empie-cen por una letra determinada A, F, J, etc. o pertenezcan auna categora, como animales, muebles, etc. sta es una de lastareas de lenguaje en las que el ndice de lateralizacin (IL) ob-tenido suele ser muy elevado47, y de ah su uso extendido tantoen investigacin bsica como en el contexto clnico44,48,49. La ac-tividad encontrada en diversos estudios incluye las reas fronta-les dorsolaterales izquierdas.

2. Generacin de sinnimos o antnimos: se presentan nu-merosas palabras y el sujeto debe dar un sinnimo para cadauna de ellas. Las regiones de activacin son similares a las tareasde fluidez verbal, si bien podra reclutar regiones posteriores dellbulo temporal asociadas al significado de las palabras.

3. Comprensin lectora: presentando textos visualmente queel sujeto ha de leer. La actividad estara asociada al hemisferioizquierdo, en regiones como el giro fusiforme, circunvolucintemporal superior y circunvolucin frontal inferior50.

4. Categorizacin semntica: se presentan palabras que el su-jeto debe clasificar entre dos posibles categoras, por ejemplo: se-res vivos-objetos inertes, animales domsticos-animales salvajes, etc.La actividad esperada se localiza en regiones prefrontales izquier-das, temporales ventrales y laterales y parietales posteriores, re-lacionadas con el procesamiento semntico50.

5. Repeticin de palabras: el sujeto debe repetir las palabrasque se le van presentando por va auditiva o visual, lo que implicatanto la capacidad de seleccin fontica como la de combina-


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Permiten estudiar determinados procesos difciles de encajar en un diseo de bloques (paradigmas de tipo oddball)

Permiten la separacin entre el estado cognitivo general del sujeto y la actividad cerebral asociada a eventos especficos

Flexibilidad y presentacin aleatoria de los ensayos: elimina la predictibilidad de los diseos de bloques

Permiten la agrupacin a posteriori de los ensayos de acuerdo con determinadas variables como la respuesta de los sujetos (corectas-incorrectas,recordadas-olvidadas, rpidas-lentas, etc.)

Permiten el estudio de acontecimientos raros e impredecibles, o incluso el estudio de acontecimientos que slo pueden ser indicados por el propio sujetoexperimental

Permiten la comparacin entre tcnicas con procedimientos similares como la electroencefalografa o la magnetoencefalografa

Permiten estudiar la dinmica temporal de la respuesta BOLD

TABLA 3. Ventajas de los diseos event-related

BOLD: blood oxigenation level dependent.

Algunos procesos no pueden ser estudiados en perodos cortos de tiempo y es necesario estudiarlos de forma sostenida con un diseo de bloques

Menor efectividad para detectar un efecto. Menor potencia de contraste

Se produce un efecto diferencial de los intervalos interestmulos. Los intervalos largos no incrementan de forma ptima la varianza del estmulo y los cortospueden producir efectos refractarios

Algunas de sus ventajas no son siempre aplicables, como la presentacin aleatoria de estmulos (por ejemplo, en estudios de memoria no es posible presentaraleatoriamente los estmulos, ya que la fase de aprendizaje debe anteceder a la de recuerdo)

Posibles dificultades con determinados grupos de sujetos: nios pequeos o pacientes con lesiones frontales pueden no realizar correctamente las tareas,por dificultades en el cambio constante de estmulos y tareas

TABLA 4. Limitaciones de los diseos event-related


cin o formulacin fontica. Dado que en esta tarea se requierela produccin lingstica y la percepcin del lenguaje, se necesi-ta tanto la participacin del lbulo frontal como del temporal.Las tareas de recepcin provocan activacin de reas auditivas ovisuales primarias y de asociacin, de forma inespecfica, aun-que tambin se activarn reas relacionadas con el procesamien-to lingstico de las palabras. El resultado es la observacin deactividad, sobre todo en circunvolucin temporal superior(CTS), de forma bilateral y con escaso IL, aunque algunos indi-viduos presentan clara predominancia hemisfrica47,51,52.

6. Denominacin de objetos: dar nombre a una serie de objetosque se presentan visualmente. Activar cortezas visuales y regionesasociadas al reconocimiento de objetos, pero tambin regionesvinculadas al sistema semntico, como la corteza ventrolateraltemporal. Debido a la produccin de lenguaje que se solicita al su-jeto tambin se observar una actividad frontal izquierda50.

Diversos estudios comparativos entre el TW y la RMf pruebanque sta es una tcnica fiable para determinar la dominancia

hemisfrica53-58. Otros trabajos han mostrado la concordanciaentre los resultados obtenidos con RMf y los aportados por laelectrocorticografa. Todos ellos muestran un alto valor predicti-vo de la RMf59,60.

En ocasiones puede ser conveniente utilizar un IL, si bien noexiste un acuerdo total sobre el modo ptimo de calcularlo47.Recientemente algunos autores61 calcularon diferentes ndicespara el mismo grupo de pacientes con epilepsia, encontrandoque el IL correlacionaba 0,94 con el TW en el rea de Broca.

Por ltimo, vale la pena sealar que la regin que permite ob-tener un IL ms evidente son los lbulos frontales. Estas estruc-turas suelen presentar una asimetra an ms clara si cabe quela que producen determinadas tareas lingsticas en los lbulostemporales62-65. En general, la localizacin del rea de Broca esrelativamente sencilla empleando tareas de produccin de len-guaje, y son deseables para simplemente lateralizar elmismo43. Por el contrario, la localizacin del rea de Wernickees ms compleja, siendo necesaria la combinacin de elementos


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Fig. 7. Estudios de corteza visual. Las regiones de activacin han sido provocadas mediante la presentacin de estmulos en tablero deajedrez que cambian el blanco por el negro con una frecuencia de 4 Hz (imagen A) y 8 Hz (imagen B). Obsrvese en los grficos inferioresel porcentaje de cambio de la seal, que se sita en torno al 6% con estimulacin de 4 Hz, y en torno al 9% con estimulacin de 8 Hz (Hos-pital Ruber Internacional; con permiso).

Frecuencia 4 Hz Frecuencia 8 Hz

Tiempo (segundos) Tiempo (segundos)

Resp

uest

a (1

0, -

108,

-6)

Resp

uest

a (1

0, -

84, -

22)


en un paradigma como el de Binder, que emplea una tarea decategorizacin semntica para los bloques de activacin y otrade discriminacin de tonos (agudos y graves) como tarea decontrol. Esta tarea produce una buena lateralizacin, activandouna red distribuida por el hemisferio izquierdo en sujetos dies-tros (fig. 5). En pacientes con epilepsia temporal que iban a sersometidos a ciruga se encontr una coincidencia cercana al90% con los resultados aportados por el TW56,66-68.

En conclusin, la RMf es una tcnica capaz de obtener, demanera menos invasiva que el TW, el hemisferio dominante pa-ra el lenguaje. Sin embargo, en los estudios caso a caso, los re-sultados no son tan consistentes. Existen algunas excepcionesque exigen refinar al mximo la tcnica.

Otros paradigmas cognitivos

En cuanto a los paradigmas cognitivos, su realizacin e interpre-tacin se hacen ms complejas. As, no existen muchos paradig-mas cognitivos validados y aceptados para su uso clnico. Algu-nos de ellos tendran un gran inters, como los estudios dememoria; sin embargo, su fiabilidad test-retest es insuficiente69.Algunos trabajos muestran resultados prometedores, ya que ha si-do posible mediante paradigmas de memoria con escenas comple-jas obtener patrones de asimetra en las regiones temporales quecorresponde con una dominancia hemisfrica tal y como se obtu-vo con el TW70-72. Pese a su importancia, los paradigmas emplea-dos hasta el momento ofrecen una cierta consistencia en la ob-tencin de activaciones en grupos de sujetos. Sin embargo, esteresultado es an difcil de encontrar en estudios de caso nico,siendo una de las reas de mayor desarrollo en RMf (fig. 9)73-75.

Supervisin de la conducta del sujeto

Los resultados obtenidos en RMf reflejan el estado mental delsujeto durante la adquisicin de las imgenes. Por esta razn, ypara garantizar unos resultados interpretables, es necesario ase-gurarse de que el sujeto realiza correctamente la tarea y que susrespuestas no son aleatorias o intermitentes por cansancio,sueo o desinters76.

En general suele ser suficiente explicar al sujeto la tarea y elprocedimiento a seguir, pero siempre es necesario verificar lacomprensin de todos los aspectos implicados, minimizando lasposibilidades de error. El neuropsiclogo puede obtener datossobre la conducta del sujeto durante el registro de RMf para de-terminar la precisin de sus respuestas e incorporar esta infor-macin en la fase de interpretacin de los resultados. Este puntoes especialmente relevante en el estudio de pacientes para poderinterpretar el patrn de actividad encontrado (o la ausencia delmismo). El estudio de pacientes obliga en ocasiones a adaptarlos procedimientos, de modo que la realizacin de la tarea seaposible con unos ciertos niveles de xito (en general, un 80% derespuestas correctas).

Ms an, en sujetos sanos existen algunas tareas que puedenser realizadas de mltiples formas o siguiendo diferentes estrate-gias77,78. Por ejemplo, en un experimento sobre memoria en elque los sujetos han de aprender una lista de palabras pueden ha-cerlo de diferentes modos, dando lugar a distintos patrones deactivacin cerebral79,80.

As, el registro de los datos conductuales como los tiempos de res-puesta, la precisin de las mismas o los movimientos oculares pue-den ser de gran utilidad en la interpretacin de los resultados81,82.


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Fig. 8. Estudio motor. Movimiento de la mano izquierda durante los bloques de activacin y reposo en los bloques de control. En la figu-ra superior se muestra el resultado en un voluntario sano. En la parte inferior se observa el desplazamiento del rea motora primaria comoconsecuencia de la aparicin de un glioma (Hospital Ruber Internacional; con permiso).

Tarea:Motor izquierdo

Voluntario sano

Tarea:Motor izquierdo

Glioma


La interpretacin de los resultados

Las imgenes obtenidas en RMf son la visualizacin de una seriede anlisis matemticos y estadsticos realizados sobre una grancantidad de imgenes, que comparan estados mentales o activi-dades cognitivas con un adecuado control de las variables impli-cadas83. Para la interpretacin de estos mapas estadsticos es pre-ciso conocer qu procesos cognitivos, sensoriales o motores hanestado implicados en la ejecucin de la tarea. Si el paradigma esvlido y fiable es esperable que cada uno de los procesos estpresente en los mapas de activacin. Por lo tanto, los mapas re-sultantes del anlisis se interpretan basndose en el conoci-miento que se tiene de la tarea empleada y de los procesos obje-to de estudio11,14,84. La interpretacin de los resultados no carecede dificultades, ya que no slo es necesario conocer la naturalezade la tarea empleada, sino tambin las relaciones entre la ejecu-cin y el funcionamiento cerebral subyacente, as como la in-fluencia de la edad, el nivel educativo o la familiaridad del suje-to con la tarea85,86.

En general se va a buscar la presencia o no de activacin endeterminadas regiones, de las que se tienen informacin previasobre su participacin en el proceso. Por ejemplo, en el caso deun estudio motor de la mano derecha es esperable obtener acti-


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Fig. 9. Estudio de memoria. Se observa actividad en el hipocam-po derecho asociada a una tarea de memoria visual. Durante losbloques activacin se observaron imgenes complejas. La con-dicin de control requera que el sujeto no repasara las imge-nes, por lo que se puso una tarea distractora consistente en con-tar hacia atrs de 2 en 2 desde un nmero dado (Hospital RuberInternacional; con permiso).

Fig. 10. reas de activacin atpicas. La actividad encontrada en el estudio motor izquierdo es contralateral al movimiento, dentro de losparmetros normales. Si bien, el estudio motor derecho muestra una actividad perilesional contralateral al movimiento, as como regionesde actividad atpicas en ipsilaterales al movimiento de la mano (Hospital Ruber Internacional; con permiso).

Tarea:motor izquierdo

Tarea:Motor derecho


vacin en reas motoras primarias contralaterales al movimien-to, rea motora suplementaria y cerebelo ipsilateral al movi-miento. Es importante observar si la localizacin de esa activa-cin es adecuada o existe un cierto desplazamiento espacial, yaque pequeas variaciones en la localizacin de una determinadaactividad cerebral puede llevar a interpretaciones diferentes de lamisma. Por ejemplo, los errores de localizacin en mapas pre-quirrgicos conllevan un riesgo muy elevado de discapacidad pa-ra el paciente. Ya se ha sealado que los paradigmas empleadosen estos casos han de estar validados con tcnicas complemen-tarias y han de ofrecer resultados convergentes69.

Pero como ocurre con las pruebas neuropsicolgicas, los ha-llazgos en RMf han de ser interpretados teniendo en cuenta lasituacin cognitiva global del paciente. Por ejemplo, la actividaden el cngulo anterior se ha asociado a la supervisin de la pro-pia conducta87, pero en un paciente con trastorno obsesivo com-pulsivo esta capacidad est alterada. As, las conclusiones sobreel papel de una regin en particular del cerebro en un procesocognitivo deben estar basadas en la convergencia de informa-cin disponible para cada caso o grupo de pacientes.

En general, la atencin del investigador se dirige hacia deter-minadas regiones de inters, obviando otras de activacin dispo-nibles. Algunas de estas localizaciones no son esperadas para eltipo de paradigma utilizado, pero es necesario prestarles aten-cin, ya que en ellas puede encontrarse un hallazgo de inters(fig. 10).

Existen casos de especial dificultad, ya que los hallazgos en-contrados pueden ser paradjicos. Por ejemplo, a medida que unsujeto va dominando una habilidad, deben aumentar o dismi-nuir las reas de activacin asociadas a esa tarea? Algunos auto-res muestran cmo tras el entrenamiento en algunas habilidadeslos sujetos muestran una disminucin de la actividad en regionesprefrontales y estriatales como parte del proceso de automatiza-cin de la misma88. Tambin existen mecanismos compensato-rios de ahorro de recursos; tal es el caso en el proceso de enve-jecimiento, en el que los sujetos muestran una disminucin de laactividad en mltiples regiones importantes para la memoria. Al-gunos autores sugieren que es producto de una reorganizacincerebral para afrontar retos cognitivos89. Si bien, no es una cues-tin resuelta, ya que otros trabajos muestran que con el objetivode compensar una posible disminucin del rendimiento aparecennuevas regiones de activacin. As, en sujetos con deprivacin desueo se observa que al aumentar la dificultad de la tarea se produceun aumento compensatorio de la respuesta cerebral, implicandonuevas regiones en la ejecucin del cometido90. De igual modo,los modelos de envejecimiento HAROLD (Hemis pheric AsymmetryReduction in Old Adults)91 y PASA (Posterior-Anterior Shift inAging)92 sugieren una reorganizacin plstica de las redes, incor-porando nuevas regiones frontales ajenas a la red preestablecida.

En el contexto clnico tambin tiene inters interpretar laausencia de activacin en regiones determinadas, pero sta hade ser realizada con cautela. Adems, el porcentaje de falsos ne-gativos en RMf no est bien estudiado, por lo que es arriesgadodar un significado con seguridad a este tipo de hallazgos. Losmotivos pueden ser mltiples:

1. Ausencia real de actividad o disminucin de la misma pordebajo de un umbral, consecuencia de una enfermedad.

2. Ausencia de activacin por una ejecucin incorrecta de latarea.

3. Un falso negativo por un problema estadstico, como la faltade potencia de contraste o la presencia de un error de tipo II(4).

4. Dificultad de la tcnica para registrar actividad cerebral enregiones con una vascularizacin particular, como, por ejemploel hipocampo.

Por tanto, adems de las mltiples variables relacionadas conla Neuropsicologa, existen otras muchas involucradas tanto conlas caractersticas de cada sujeto (reactividad vascular, medica-cin, enfermedad cerebral subyacente) como con las particulari-dades tcnicas de la RM (que varan en funcin de cada prue-ba), que hacen necesaria una interpretacin multidisciplinar yjustifican la colaboracin de mdicos, psiclogos, fsicos e in-formticos en todo el proceso.

Conclusiones

La RMf es una herramienta til para el estudio de las relacionesentre estructura y funcin, tanto en sujetos sanos como en esta-dos patolgicos, incluso aunque stos no cursen con una lesinestructural importante. Para ello, diferentes profesionales parti-cipan en el desarrollo del estudio de RMf. Uno de estos profesio-nales es el neuropsiclogo que, mediante el uso de esta tecno-loga, puede ayudar a desvelar relaciones entre el cerebro, laconducta y la cognicin que hasta ahora eran inaccesibles.

Ahora bien, la calidad de los resultados depender en granmedida de la calidad del paradigma, y ello se subordinar, engran medida, a la formacin acadmica, al entrenamiento y a laexperiencia del neuropsiclogo76. El rol del neuropsiclogo en elrea de la neuroimagen funcional llegar, posiblemente, a serun campo de superespecializacin dentro de la psicologa76, sibien su trabajo no tiene sentido si no es en el contexto de ungrupo multidisciplinario donde los diferentes profesionales im-plicados (radilogos, neurlogos, fsicos, tcnicos e ingenieros)han de familiarizarse con la tcnica y adquirir experiencia en sudesarrollo y utilizacin11.

No cabe duda de que es un campo en pleno desarrollo y conposibilidades an desconocidas. Las nuevas tcnicas que aportala RM, como el arterial spin labeling93,94, el tensor de difusin porRM95-97, la posibilidad de estudio de la conectividad y las cone-xiones entre diferentes regiones del cerebro98, el uso de crono-metra mental para mejorar la resolucin temporal de la RMf99,el desarrollo de estudios genticos y su correlato en imagen cere-bral100, la combinacin de la RM con otras tcnicas como la esti-mulacin magntica transcraneal101-103 o la magnetoencefalo-grafa104-107 slo incrementan las posibilidades de colaboracin ytrabajo conjunto entre las diferentes disciplinas interesadas en elmejor conocimiento del cerebro y su relacin con la conducta.

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364 Radiologa. 2008;50:351-65


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AUTOEVALUACIN

1. El neuropsiclogo se centra en el estudio de: a) Los procesos cognitivos.b) Los mecanismos emocionales.c) Las relaciones cerebro-conducta.d) El impacto de una lesin sobre los procesos cognitivos.e) Todas las anteriores son verdaderas.

2. Cul de las siguientes funciones no es propia del neuro -psiclogo en un Servicio de Imagen mdica?

a) El diseo de paradigmas.b) La supervisin de la conducta del sujeto. c) La seleccin de los parmetros de la imagen (TR, TE, FOV, etc.).d) La interpretacin de los resultados funcionales.e) Ninguna de las anteriores.

3. Cul de las siguientes afirmaciones no es cierta para la re-sonancia magntica funcional?

a) Permite localizar reas cerebrales relacionadas con los pro-cesos cognitivos.

b) Permite caracterizar la respuesta de determinadas regionesdel cerebro ante diferentes estmulos.

c) Permite estudiar la funcin alterada en pacientes con en-fermedad.

d) Permite el seguimiento de la actividad cerebral en el ordende los milisegundos.

e) Permite el seguimiento de los efectos de tratamientos sobrela funcin cerebral.

4. La teora que afirmaba que es posible determinar la perso-nalidad, habilidades y carcter de una persona basndose en laforma de su cabeza se denomina:

a) Psicologa. b) Neuropsicologa.c) Frenologa.d) Neurofrenologa. e) Ninguna de las anteriores.

5. Cul de los siguientes parmetros no es relevante para eldiseo de un paradigma en resonancia magntica funcional?

a) Estmulos a presentar. b) Duracin de los estmulos. c) Intervalo entre estmulos. d) Instrucciones que se dan al sujeto.e) Todos ellos son relevantes.

6. Si se desea determinar con precisin las caractersticas de larespuesta hemodinmica ante la aparicin de un tipo de estmu-lo, es preciso garantizar:

a) La capacidad de deteccin. b) La capacidad de estimacin. c) Una duracin larga de los bloques. d) Una duracin corta de los bloques. e) Ninguna de las anteriores.

7. La duracin ptima de un bloque para obtener una poten-cia de contraste mxima se encuentra entre:

a) 4 y 10 segundos. b) 14 y 20 segundos.c) 30 y 40 segundos. d) 40 y 60 segundos. e) Ninguna de las anteriores.

8. Seale cul de las siguientes aplicaciones es verdadera enrelacin con la resonancia magntica funcional:

a) Demostrar el funcionamiento anmalo de determinadasestructuras.

b) Localizar la actividad asociada a la funcin en cerebros le-sionados.

c) Estudiar los mecanismos de recuperacin de una funcintras una lesin.

d) Ser un biomarcador objetivo para evaluar la respuesta te-raputica del paciente.

e) Todas las anteriores son verdaderas.

9. Un paradigma que mide aquello para lo que ha sido di-seado es denominado:

a) Vlido. b) Fiable. c) Adecuado. d) Preciso. e) Ninguna de las anteriores.

10. Los paradigmas que permiten obtener resultados fcil-mente reproducibles son:

a) Motores y de lenguaje.b) Motores y de memoria.c) Memoria y lenguaje. d) Visin y memoria. e) Ninguna de las anteriores.


Radiologa. 2008;50:351-65 365

Declaracin de conflicto de intereses. Declaro no tener ningn conflicto de intereses.


Documents

Neuropsicología y Resonancia Magnética Funcional