Απεικόνιση λειτουργίας ζωτικών κέντρων του εγκεφάλου με χρήση λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας εγκεφάλου (f MRI) και τομογραφίας εκπομπής ποζιτρονίων (PET) σε άτομα με μαθησιακές διαταραχές

Χατζησάββας, Γεώργιος

Imaging of vital brain centers using brain functional magnetic resonance imaging (f MRI) and positron emission tomography (PET) in persons with learning disabilities

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Χατζησάββας, Γεώργιος

Date

2021-07-16

Advisor

Konstanti, Ourania
Georgatzakou, Chara

Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία (2.462Mb)

Keywords

Νευροαπεικόνιση ; Εγκέφαλος ; Λειτουργική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (f MRI) ; Τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) ; Μαθησιακές διαταραχές

Abstract

Στην παρούσα ανασκοπική μελέτη επιχειρείται να αναδειχθεί η συνεισφορά των μεθόδων ιατρικής απεικόνισης που χρησιμοποιούνται στις νευροεπιστημονικές έρευνες στο πεδίο των μαθησιακών διαταραχών. Πιο συγκεκριμένα, έχει δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στην λειτουργική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (fMRI) και στην τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) καθώς αυτές οι δύο τεχνικές είναι σε θέση να προσφέρουν λειτουργική απεικόνιση του εγκεφάλου και να αναδείξουν τυχόν υπολειτουργία ή υπερλειτουργία συγκεκριμένων ανατομικών περιοχών, οι οποίες σχετίζονται με διάφορες μαθησιακές διαταραχές. Όπως είναι ευνόητο, αυτό αποτελεί γεγονός υψίστης σημασίας αφού αποκωδικοποιώντας τις δομές του εγκεφάλου και συσχετίζοντάς την λειτουργία τους με την εξέλιξη των μαθησιακών διαταραχών καθίσταται, ενδεχομένως, δυνατόν να υπάρξει ανθρώπινη παρέμβαση, τόσο σε θεωρητικό όσο και σε πρακτικό – επεμβατικό επίπεδο, με σκοπό την βελτίωση της ποιότητας ζωής των ατόμων με ιστορικό μαθησιακών διαταραχών. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε με κριτική θεώρηση της βιβλιογραφίας επί του συγκεκριμένου θέματος και επί καθορισμένου συνόλου εργασιών επιστημονικής αρθρογραφίας και έρευνας από έγκυρες ηλεκτρονικές πηγές που δημοσιεύτηκαν την τελευταία 20ετία. Οι διάφορες τεχνικές αξιολόγησης των μελετώμενων πηγών συγκρίθηκαν με βάση τη μεθοδολογία τους, τα αποτελέσματα και τον σχολιασμό τους. Η διπλωματική εργασία δομείται σε τέσσερα κεφάλαια το καθένα από τα οποία επιτελεί σημαντικό ρόλο καθώς προσφέρει τις απαραίτητες πληροφορίες ούτως ώστε να γίνουν ευκόλως κατανοητά αυτά που αναλύονται στα επόμενα. Το πρώτο κεφάλαιο αναφέρεται στην ανατομία και την φυσιολογία του εγκεφάλου ενώ γίνεται εκτενής αναφορά και στο κεντρικό νευρικό σύστημα εφόσον σε αυτό περιλαμβάνεται ο εγκέφαλος. Στο υποκεφάλαιο της ανατομίας του εγκεφάλου αναλύονται οι σημαντικότερες δομές που διαδραματίζουν εξέχοντα ρόλο στην εξέλιξη των μαθησιακών διαταραχών ενώ σε αυτό της φυσιολογίας περιγράφεται η λειτουργία που φυσιολογικά επιτελούν έτσι ώστε να είναι σε θέση ο αναγνώστης να καταλάβει τυχόν δυσλειτουργία τους σε κάθε μαθησιακή διαταραχή. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στις τεχνικές απεικόνισης του εγκεφάλου. Εδώ, αναλύονται οι κυριότερες απεικονιστικές τεχνικές και δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στις δύο βασικότερες τεχνικές λειτουργικής απεικόνισης, αυτή της λειτουργικής απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (fMRI) και στην τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET). Οι τεχνικές αυτές, χρησιμοποιώντας τελείως διαφορετική ιατρική τεχνολογία η κάθε μία, είναι σε θέση να απεικονίσουν σε μοριακό επίπεδο τη λειτουργία των κυττάρων και επομένως των διαφόρων δομών του εγκεφάλου γεγονός που τις καθιστά ιδιαίτερα πολύτιμες. Η μεν λειτουργική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (fMRI) χρησιμοποιώντας παλμούς ραδιοσυχνότητας και προσφέροντας εκτός από λειτουργική απεικόνιση και ανατομική απεικόνιση υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας, ενώ η δε τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) χρησιμοποιώντας έμμεσα ιοντίζουσα ακτινοβολία-γ (προέρχεται από την αλληλεπίδραση των ποζιτρονίων με τα ηλεκτρόνια). Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται και αναλύονται τόσο οι μαθησιακές διαταραχές όσο και η διάκρισή τους έτσι ώστε να μυηθεί ο αναγνώστης στον δαιδαλώδη κόσμο των προβλημάτων της μάθησης. Εδώ, γίνεται αναφορά στους κυριότερους ορισμούς των μαθησιακών δυσκολιών και διαταραχών ενώ επίσης, γίνεται μία σύντομη αναφορά στην αιτιοπαθογένεσή τους. Τέλος, το τέταρτο κεφάλαιο είναι και η ουσία της εργασίας και περιλαμβάνει εκτενείς αναφορές των συμπτωμάτων, των χαρακτηριστικών και των αιτιών για κάθε μαθησιακή διαταραχή ξεχωριστά από αυτές που αναλύονται. Επίσης, παρουσιάζονται με επιστημονικές αναφορές σε έρευνες που έχουν διεξαχθεί κατά ο παρελθόν όλες οι εγκεφαλικές ανατομικές δομές που διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στις προαναφερθείσες μαθησιακές διαταραχές αλλά και ποιος ακριβώς είναι αυτός ο ρόλος. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη και η κατανόηση των ιδιαίτερα περίπλοκων διαδικασιών που υποστηρίζουν την ανάπτυξη της μάθησης και η διερεύνηση των αιτίων των αναπτυξιακών διαταραχών υπό το πρίσμα της νευροαπεικόνισης και συγκεκριμένα της λειτουργικής.

Abstract

This systematic review aims to highlight the contribution of medical imaging methods used in neuroscientific research in the field of learning disorders. More specifically, special emphasis has been given on functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) and Positron Emission Tomography (PET), as these two techniques are able to provide functional imaging of the brain and to highlight any under-or-over activity of specific anatomical areas, which are associated with various learning disorders. This is a fact of paramount importance, since by decoding the structures of the brain and correlating their function with the development of learning disorders, human intervention becomes possible, both theoretically and practically-invasively, in order to improve the quality of life of persons with a history of learning disabilities. The study was carried out with a critical view of the literature on the specific topic and on a defined set of scientific articles and researches from valid electronic sources published in the last 20 years. The various evaluation techniques of the studied sources were compared based on their methodology, results and commentary. This post-graduate thesis is developed in four chapters. Each of them plays a key-role in providing the necessary information, so that what is analyzed in the following chapters can be easily understood. The first chapter refers to the anatomy and physiology of the brain while extensive reference is given to the central nervous system, since it includes the brain. The subsection of brain anatomy analyzes the most important structures that play a crucial role in the development of learning disorders, while that of physiology describes the function they normally perform, so that the reader can understand their dysfunction in any learning disorder. The second chapter deals with brain imaging techniques. Here, the main imaging techniques are analyzed, while special emphasis is placed on the two main functional imaging techniques: the functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) and the Positron Emission Tomography (PET). These techniques, while using completely different medical technology, are able to depict at a molecular level the function of cells and therefore the various structures of the brain, which makes them particularly valuable. The functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) uses radio frequency pulses and offers functional imaging, in addition to anatomical imaging, high spatial resolution. The Positron Emission Tomography (PET) uses indirect ionizing radiation-γ (derived from the interaction of positrons with electrons). The third chapter describes and analyzes both learning disorders and their grading, so that the reader is introduced to the complex world of learning difficulties. Here, special reference is made to the main definitions of learning disabilities and disorders while also, a brief reference is made to their etiology. Finally, the fourth chapter is the essence of this study and includes extensive reports of symptoms, characteristics and causes for the already analyzed learning disorders. Additionally, by using scientific references made by past researches, all the brain anatomical structures that play an important role in the aforementioned learning disorders are presented. Their specific role is also examined. The purpose of this thesis is to study and understand the highly complex processes that support the development of learning and to investigate the causes of developmental disorders, in the light of neuroimaging and specifically functional neuroimaging.