Determination of language areas in presurgical patients through resting-state fMRI

Abstract

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a non-invasive neuroimaging technique used for mapping language areas in presurgical patients. A specific task is performed for language mapping, in this case, generation task; subjects were given a noun and were instructed to produce a verb associated with the noun. In some cases, these tasks are complicated in patients who are unable to speak or with language production problems. For instance, patients with epilepsy, aphasia or neuropsychiatric disorders such as Alzheimer’s disease, depression and schizophrenia. For this reason, resting magnetic resonance imaging (rs- fMRI) has been analysed; RsfMRI is a technique that examines spontaneous brain function in the absence of a task (Barkhof, F. et al. 2014). To validate this method, we analyse the concordance between Rs-MRI and task-fMRI imaging language mapping in presurgical subjects. 10 participants with epilepsy and brain tumors were part of this study, all subjects performed both tests; rs-MRI and task-fMRI. Generation task fMRI lasted 12 periods of 30 seconds (6 minutes) and rs- fMRI 5 minutes. Results showed activations in Wernicke’s area in both tasks. Thus, it can be observed a high overlap generation task fMRI and Resting- state fMRI. For this reason, Restingstate functional magnetic resonance could be the alternative to MRI tasks. However, more significant advances are required before this technique can be used in a language localization process for presurgical patients.

La resonancia magnética funcional (fMRI) es una técnica de neuroimagen no invasiva utilizada para el mapeo de áreas del lenguaje en pacientes prequirúrgicos. Para llevarlo a cabo, es necesario que los pacientes realicen una tarea específica, en este caso, la tarea de generación, que consiste en producir de forma verbal una acción asociada semánticamente con una palabra. En algunos casos, estas tareas son difíciles de realizar, ya que existen algunos pacientes que presentan dificultades en la producción del lenguaje o que debido a su enfermedad no son capaces de hablar. Los pacientes con epilepsia, afasia o de demencia tipo Alzheimer son un ejemplo de ello. Por esta razón, se ha analizado la probabilidad de investigar las áreas asociadas al lenguaje a través de la resonancia magnética en estado de reposo (rs- fMRI), una técnica que examina la función cerebral espontánea en ausencia de una tarea (Barkhof, F. et al. 2014). Así pues, se pretende analizar la correlación que existe ente la resonancia magnética funcional (fMRI) y la resonancia magnética en estado de reposo (rs-fMRI) para validar esta técnica. Para el estudio, se tomó una muestra de 10 sujetos que presentaban epilepsia y tumores cerebrales, todos ellos realizaron ambas pruebas, tanto fMRI como rs-fMRI; durando 6 y 5 minutos respectivamente. Los resultados mostraron principalmente activaciones en el área de Wernicke en ambas tareas. Por tanto, se observó un alto nivel de solapamiento entre fMRI y rs-fMRI. Por esta razón, está técnica podría considerarse como alternativa a fMRI sin necesidad de realizar ninguna tarea. No obstante, es necesario realizar estudios con mayor cantidad de muestra para poder validarse.