Functional neuroimaging: Task-based fMRI.

¿Qué es el análisis fMRI basada en tareas?

La resonancia magnética funcional (fMRI) permite medir cambios en la oxigenación de la sangre (BOLD) asociados a la actividad neuronal. En paradigmas basados en tareas, los participantes realizan una actividad específica mientras están en el escáner, lo que permite identificar regiones cerebrales involucradas en distintos procesos cognitivos mediante contrastes entre condiciones experimentales.

Características principales del análisis de fMRI por tareas:

  • Diseño experimental: Las tareas suelen organizarse en bloques o eventos que se repiten varias veces durante la sesión.
  • Modelado del diseño: Se construye una matriz de diseño que modela los efectos esperados de cada condición.
  • Contrastes: Se comparan condiciones para identificar activaciones diferenciales en el cerebro.
  • Resolución espacial: Alta precisión en la localización de regiones activadas.

Ejemplo de contraste de activación en fMRI

Aplicación en neurociencia cognitiva

Este tipo de análisis permite, por ejemplo, identificar áreas especializadas en el reconocimiento facial, la toma de decisiones o el control motor. En este caso, nos interesa localizar dos regiones:

  1. Área Fusiforme Facial (FFA): asociada al procesamiento de caras.
  2. Corteza motora primaria: involucrada en el control de movimientos voluntarios, en este caso la mano que responde.

Descripción del dataset

Cada participante realizará una tarea de discriminación de caras dentro del escáner. En cada ensayo, se mostrará una imagen que puede ser una cara o una máscara (control visual). La respuesta se emite con la mano izquierda o derecha, según la instrucción del bloque.

Estructura del dataset:

  • Archivo funcional BOLD (.nii.gz): imagen 4D con la señal por voxel y tiempo.

  • Archivo de eventos (.tsv o .csv): con información por ensayo:

    • onset: tiempo de aparición del estímulo
    • trial_type: face o mask
    • response_hand: left o right
    • accuracy y rt: rendimiento del participante

  • Duración total: ~10 minutos por participante

Challenge de la sesión

Debes realizar análisis univariados para localizar activaciones funcionales asociadas a dos contrastes:

Objetivos:

  1. FFA: Comparar caras vs. máscaras para localizar actividad selectiva para caras.
  2. Corteza motora: Comparar respuestas hechas con la mano derecha vs. izquierda para observar lateralización motora.

Pasos sugeridos:

  1. Preprocesar los datos (realineación, normalización, suavizado).
  2. Crear matriz de diseño con condiciones.
  3. Estimar modelos y obtener mapas de contraste.
  4. Visualizar activaciones y extraer coordenadas de máxima activación.

Preguntas clave:

  • ¿Dónde se localiza la FFA en tu cerebro?
  • ¿Qué hemisferio muestra activación para cada mano?
  • ¿Coinciden tus resultados con lo que esperabas?