Capítulo 3: La función de respuesta hemodinámica (HRF)
De la Respuesta AUDAZ al HRF
En el capítulo anterior, leyó sobre varias suposiciones sobre la representación de la señal BOLD; otra suposición que hacemos es cómo se ve la respuesta BOLD. Esto es importante no solo para modelar la relación entre la actividad neuronal y el flujo sanguíneo, y de ahí a la señal observada, sino también para definir un modelo que permita evaluar qué regiones cerebrales muestran un cambio significativo en su respuesta BOLD a un estímulo dado.
En la década de 1990, estudios empíricos de la señal BOLD demostraron que, tras la presentación de un estímulo al sujeto, cualquier parte del cerebro que respondiera a dicho estímulo (por ejemplo, la corteza visual en respuesta a un estímulo visual) mostraba un aumento en la señal BOLD. La señal BOLD también parecía seguir una forma constante, alcanzando su punto máximo alrededor de los seis segundos y luego descendiendo a su valor basal durante los segundos siguientes. Esta forma se puede modelar con una función matemática denominada Distribución Gamma. Cuando la Distribución Gamma se crea con parámetros que se ajustan mejor a la respuesta BOLD observada en la mayoría de los estudios empíricos, la denominamos Función de Respuesta Hemodinámica Canónica o HRF.
Cuando se aplica a datos de fMRI, la distribución gamma se denomina función base. La llamamos función base porque es el elemento fundamental, o base, del modelo que crearemos y ajustaremos a la serie temporal de datos. Además, si conocemos la forma de la distribución en respuesta a un estímulo muy breve, podemos predecir cómo debería ser en respuesta a estímulos de duración variable, así como a cualquier combinación de estímulos presentados a lo largo del tiempo. A continuación, se ilustra cada caso.
La HRF para un estímulo de impulso único
Si la duración de un estímulo es muy corta, como un chasquido de dedos, podemos decir que es un estímulo impulsivo; es decir, no tiene duración. Como se puede observar en la siguiente figura, la forma de la señal BOLD se asemeja a una distribución gamma típica, con un pico cerca del inicio del eje temporal (es decir, el eje x) y una cola larga a la derecha.
El HRF para un estímulo de un solo vagón
Aunque muchos estudios utilizan estímulos que duran solo un segundo o menos, algunos presentan estímulos durante periodos más largos. Por ejemplo, imaginemos que el sujeto observa un tablero de ajedrez parpadeante durante quince segundos. En este caso, la forma de la frecuencia de resonancia magnética (HRF) será más dispersa, con un pico sostenido proporcional a la duración del estímulo, que volverá a la línea base solo después de que este haya finalizado. Este estímulo se denomina estímulo de vagón de tren, porque se asemeja a un vagón de tren.
En este caso, la distribución gamma se convoluciona con el estímulo de vagón. La convolución consiste en promediar dos funciones a lo largo del tiempo; como resultado, la distribución gamma se amplía al promediarse con el estímulo de vagón y vuelve a su valor inicial al retirarse el estímulo.
¿Qué pasa si los HRF se superponen?
Hemos visto cómo se ve la señal BOLD tras la presentación de un estímulo y cómo la HRF modela la forma de dicha señal. Pero ¿qué ocurre si se presenta otro estímulo antes de que la respuesta BOLD del estímulo anterior haya vuelto a la línea base?
En ese caso, las HRF individuales se suman. Esto crea una respuesta BOLD, que es un promedio móvil de las HRF individuales, y la forma de la señal BOLD se vuelve más compleja a medida que se presentan más estímulos próximos entre sí.
Juntándolo todo: animaciones de cada caso
Para ayudarte a comprender lo que acabas de leer, mira la siguiente animación un par de veces. Mostrará cómo se desarrolla cada uno de los casos descritos a lo largo del tiempo, lo que facilitará tu comprensión.
Ceremonias
En este capítulo, los términos “función de respuesta hemodinámica” y “señal BOLD” se utilizaron para representar ideas similares, pero distintas. ¿Cómo definiría cada uno de estos términos con sus propias palabras?
Utilice `este subprograma`__ para practicar la convolución de diferentes formas. Para replicar la convolución de la función de impulso con el HRF, por ejemplo, configure la señal de entrada como “Impulso de Dirac” y la señal de salida como “personalizada” y trace la forma de una función gamma con el ratón. Pruebe también a configurar la señal de entrada como “Rectángulo” e intente ampliar y reducir la forma.