La present tesi doctoral és un compendi dels treballs publicats en revistes científiques d'àmbit internacional durant el transcurs del període formatiu de tercer cicle a la Universitat Autònoma de Barcelona. Durant aquest període s'han dissenyat noves metodologies (seqüències de pulsos) de Ressonància Magnètica Nuclear basades en l'espectroscòpia bidimensional de detecció inversa. Aquestes es discuteixen tant des d'un punt de vista teòric del desenvolupament metodològic així com des del punt de vista de nova aplicabilitat. S'han fet aven?os en diferents camps d'investigació: la polarització creuada heteronuclear en mostres líquides, els mètodes d'estat de spin selectiu i mètodes amb adquisició simultània de diferents espectres. I s'ha demostrat la seva utilitat en el camp de l'elucidació estructural de molècules orgàniques i biomolècules. / The present thesis is a compendium of the work published in international scientific journals during the formative period of third cycle at the Universitat Autònoma de Barcelona. During this period new Nuclear Magnetic Resonance methodologies (pulse sequences) based on inverse detection spectroscopy have been developed. Those are discussed from the theoretical point of view of the methodological development as well as from the point of view of new application. Advances at different research fields have been performed: heteronuclear cross polarization in liquid state, spin state selective methodologies and methods for the simultaneous acquisition of two spectra within a single experiment. The utility of the new pulse sequences herein presented is demonstrated for the structural analysis of biomolecules and organic compounds.

Propòsit: Millorar la caracterització no invasiva dels tumors cerebrals mitjançant la tècnica de l'espectroscopia de ressonància magnètica de protó.Per a assolir aquest objectiu, es van realitzar tres estudis, amb els següents objectius: Estudi 1) Generar una base de dades accessible per Internet, que contingui dades clíniques i espectroscòpiques completament validades de pacients afectats per tumors cerebrals. Estudi 2) Determinar la influència del temps d'eco utilitzat en l'adquisició en la posterior classificació dels espectres de tumours cerebrals humans. Per això es va comparar l'encert obtingut en la classificació tumoral utilitzant dos temps d'eco diferents (30 ms and 136 ms). Estudi 3) Estimar l'encert de la interpretació de les imatges de ressonància en la classificació dels tumors cerebrals, tant en termes de tipus com de grau de malignitat tumoral.Mètodes: Estudi 1) Totes les dades dels pacients que van entrar al projecte INTERPRET (International Network for Pattern Recognition of Tumours Using Magnetic Resonance, http://azizu.uab.es/INTERPRET ) es van guardar a una base de dades accessible per Internet (iDB). Les dades dels pacients es van seleccionar utilitzant la interfície de preguntes de la base de dades. Els criteris que es van seguir van ser que el cas tingués un espectre adquirit a 1.5 T mitjançant la tècnica de volum senzill i temps d'eco curt (20-32 ms) sobre una àrea nodular del tumor, que el volum d'adquisició hagués estat posicionat dins de la mateixa regió de la qual es va prendre posteriorment la biòpsia diagnòstica, i que l'espectre a temps d'eco curt no hagués estat descartat per artefactes d'adquisició o altres raons, i que un comitè de neuropatòlegs haguéssin arribat a consens diagnòstic. Quan els espectres es van obtenir de voluntaris normals, o éren d'abscessos o de metàstasis provades clínicament, no es va requerir biòpsia.Estudi 2) Es van sel·leccionar de manera retrospectiva cent cinquanta-un estudis de pacients amb tumors cerebrals (37 meningiomas, 12 astrocitomes de baix grau, 16 astrocitomes d'alt grau, 54 glioblastomes i 32 metastasis) d'una sèrie de trescents setanta-vuit exàmens de masses cerebrals anòmales d'un dels centres col.laboradors d'INTERPRET dintre del projecte MEDIVO. Es va realitzar espectroscopia de volum senzill a temps d'eco 30 ms i 136 ms en tots els casos. Es van normalitzar les àrees integrades de nou ressonàncies d'interès. Els espectres dels tumors es van classificar mitjançant anàlisi discriminant en quatre grups: meningioma, astrocitoma de baix grau, astrocitoma d'alt grau i glioblastomes juntament amb metastasis. Es va aval.luar el resultat de l'anàlisi discriminant a cadascun dels temps d'eco utilitzant el mètode de deixar un cas fora.Estudi 3) L'acord entre la classificació radiològica i el diagnòstic histopatològic es va aval·luar retrospectivament, utilitzant dades retrospectives de trescents noranta-tres pacients de tumors cerebrals que estàven guardats a la base de dades multicèntrica del projecte INTERPRET. Es va crear una ontologia per a poder definir l'acord entre diagnòstics. Cada categoria tumoral es va comparar bilateralment amb els diagnòstics histopatològics corresponents. Es van calcul.lar els valors de sensibilitat, especificitat, valors predictius positiu i negatiu, juntament amb els intervals de confiança del 95% de Wilson.Resultats: Estudi 1) Es va obtenir un subgrup de trescents quatre casos (vint-i-dos voluntaris normals i dos-cents vuitanta-dos pacients). Aquests casos es van migrar a una altra base de dades accessible per internet (base de dades validada). Estudi 2) La classificació dels tumors va ser lleugerament millor a temps d'eco curt (123 [81%] de 151 casos classificats correctament) que a temps d'eco llarg (118 [78%] de 151 casos classificats correctament). Els meningiomes van ser l'únic grup pel qual es va obtenir una millor sensibilitat i especificitat a temps d'eco llarg. Els resultats van millorar quan ambdós temps d'eco es consideràven simultàniament: el diagnòstic suggerit va ser correcte en 105 (94%) de 112 casos quan el resultat predit a ambdós temps d'eco era el mateix. Es va suggerir el diagnòstic correcte almenys a un temps d'eco en 136 (90%) casos de 151. 3) Quan els radiòlegs informen estudis d'imatge, són molt específics (85.2-100%) a l'hora de caracteritzar el grau i el tipus de tumor. La seva sensibilitat varia depenent del tipus i el grau, separadament i en combinació. En les categories àmplies (neuroepitelial, llinatge meningeal) vàren ser molt sensibles mentre que quan es va considerar còm s'informava el tipus detallat i el grau la sensibilitat variava, essent la més alta en els meningiomes de baix grau (sensibilitat 100%, intèrval de confiança, 96.2-100.0%) i la més baixa pels meningiomes d'alt grau (sensibilitat, 0.0%, intèrval de confiança, 0.0-65.8%) i els oligodendrogliomes de baix grau (sensibilitat, 15%, intèrval de confiança, 5.2-36.0%). La sensibilitat en la detecció dels tumors d'orígen neuroepitel.lial es va relacionar de manera inversa amb la precisió en la manera de descriure el grau i l'orígen cel.lular del tumor. "Glioma" era una classificació radiològica freqüent, associada a una més alta sensibilitat a la seva categoria corresponent. El valor predictiu positiu va variar entre categories, assolint en general valors per sobre de la prevalença dels tumors respectius en aquesta base de dades. El valor predictiu negatiu va ser alt a totes les categories analizades (69.8-100%).Conclusions: La base de dades validada compleix amb les regul.lacions ètiques i és representativa de la població que estudia. És accessible a neuroradiòlegs arreu del món que vulguin utilitzar la informació que dóna l'espectroscopia per tal d'ajudar en el diagnòstic no invasiu dels tumors cerebrals. El temps d'eco curt dóna una classificació lleugerament millor que el temps d'eco llarg, i els resultats milloren quan ambdós temps d'eco es consideren de manera simultània. Els meningiomes són l'únic grup tumoral en el qual el temps d'eco llarg és lleugerament millor que el temps d'eco curt.Els valors predictius positiu i negatiu que es van obtenir es poden utilitzar com a estimadors de les probabilitats a posteriori per a la caracterització dels tumors cerebrals mitjançant les imatges de ressonància en la base de dades INTERPRET. A més a més, es va fer palesa la necessitat d'augmentar la sensibilitat en la categorització de la majoria de tumors cerebrals, mantenint l'alta especificitat, especialment en la diferenciació entre tumors glials d'alt i baix grau, especialment amb tècniques associades a la imatge, com l'espectroscopia de ressonància magnètica de protó. / Purpose: To improve the non-invasive characterisation of brain tumours with 1H-MRS (proton magnetic resonance spectroscopy).For this, three studies were performed, with the following objectives: 1) To generate an Internet-accessible database that contains validated in-vivo MR spectra and clinical data of brain tumour patients. 2) To determine the influence of the TE used in brain tumour classification by comparing the performance of spectra obtained at two different TE (30 ms and 136 ms). 3) To estimate the accuracy of routine MRI in the classification of brain tumours both in terms of cell type and grade of malignancy.Methods: Study 1) All data from patients entering the INTERPRET project (International Network for Pattern Recognition of Tumours Using Magnetic Resonance, http://azizu.uab.es/INTERPRET ) were stored in a web-accessible database (iDB) and selected using its query functionality. Criteria for selection were that the case had a single voxel (SV) short-echo (20-32 ms) 1.5 T spectrum acquired from a nodular region of the tumour, that the voxel had been positioned in the same region as where subsequent biopsy was obtained, that the short-echo spectrum had not been discarded because of acquisition artefacts or other reasons, and that a histopathological diagnosis was agreed among a committee of neuropathologists. When the spectra were obtained from normal volunteers or were of abscesses or clinically proven metastases, biopsy was not required.Study 2) One hundred fifty-one studies of patients with brain tumours from the MEDIVO project (37 meningiomas, 12 low grade astrocytomas, 16 anaplastic astrocytomas, 54 glioblastomas, and 32 metastases) were retrospectively selected from a series of 378 consecutive examinations of brain masses. Single voxel proton MR spectroscopy at TE 30 ms and 136 ms was performed with point-resolved spectroscopy in all cases. Fitted areas of nine resonances of interest were normalized to water. Tumours were classified into four groups (meningioma, low grade astrocytoma, anaplastic astrocytoma, and glioblastoma-metastases) by means of linear discriminant analysis. The performance of linear discriminant analysis at each TE was assessed by using the leave-one-out method.Study 3) Retrospective assessment of agreement between radiological classification and histopathological diagnosis was carried out using records of 393 brain tumour patients stored in a multi-centre database from the INTERPRET project. An ontology for agreement definition was devised. Each tumour category was bilaterally compared to the corresponding histopathological diagnoses by dichotomisation. Sensitivity (SE), Specificity (SP), Positive (PPV) and Negative Predictive (NPV) values and their Wilson's 95% confidence intervals (CI) were calculated.Results: Study 1) A subset of 304 cases (22 normal volunteers and 282 tumour patients) was obtained. These cases were migrated to a web-accessible database (validated-DB). Study 2) Tumour classification was slightly better at short TE (123 [81%] of 151 cases correctly classified) than at long TE (118 [78%] of 151 cases correctly classified). Meningioma was the only group that showed higher sensitivity and specificity at long TE. Improved results were obtained when both TE were considered simultaneously: the suggested diagnosis was correct in 105 (94%) of 112 cases when both TE agreed, whereas the correct diagnosis was suggested by at least one TE in 136 (90%) of 151 cases. Study 3) In routine radiological reporting of MRI examinations, tumour types and grades were classified with high SP (85.2-100%); SE varied, depending on type and grade, alone or in combination. Recognition of broad categories (neuroepithelial, meningeal) was highly sensitive whereas it diverged when both detailed type and grade were considered, being highest in low-grade meningioma (SE=100%, CI=96.2-100.0%) and lowest in high-grade meningioma (SE=0.0%, CI=0.0-65.8%) and low-grade oligodendroglioma (SE=15%, CI=5.2-36.0%). In neuroepithelial tumours SE was inversely related to precision in reporting of grade and cellular origin; "glioma" was a frequent radiological classification associated with a higher SE in the corresponding category. PPV varied among categories being in general above their prevalence in this dataset. NPV was high in all categories (69.8-100%).Conclusions: The validated-DB complies with ethics regulations and represents the population studied. It is accessible by neuroradiologists willing to use information provided by MRS to help in the non-invasive diagnosis of brain tumours. Short TE provides slightly better tumour classification, and results improve when both TE are considered simultaneously. Meningioma was the only tumour group in which long TE performed better than short TE. PPV and NPV provided for routine MRI characterisation of brain tumours may be used as estimates of post-test probabilities of diagnostic accuracy achieved by MRI in the database studied. The need for non-invasively increasing SE in categorization of most brain tumour types while retaining high SP, especially in the differentiation of high and low-grade glial tumour classes has been targeted.

La present tesi doctoral es situa a l'àmbit de la recerca de nous mètodes per a la síntesi enantioselectiva i la determinació de la puresa enantiomérica.En un primer apartat s'han sintetitzat dos nous receptors quirals tipus pinça i s'ha realitzat el seu estudi estructural i conformacional mitjançant RMN i mecànica molecular. S'ha assajat la seva capacitat enantiodiferenciadora utilitzant-los com a agents de solvatació quiral (CSA) en RMN en front de diversos soluts, amb resultats força satisfactoris. S'ha estudiat alguns dels complexos formats amb la conclusió que l'augment en l'enantiodiferencació respecte a CSA similars sense cavitat quiral no es deu a un augment significatiu de la constant d'equilibri sinó a factors geomètrics. Canvis a l'espectre de protó del CSA permeten deduir que la complexació indueix canvis conformacionals del receptor, per tant sembla que aquest compost tipus pinça molecular tingui capacitat d'adaptació al guest. En un segon apartat s'ha sintetitzat un dienòfil quiral derivat de l'alcohol de Pirkle i s'ha assajat l'enantioselectivitat obtinguda a la reacció de Diels-Alder amb diferents diens. S'ha realitzat l'estudi estructural del dienòfil i els aductes obtinguts, i s'ha deduït que la inducció quiral en presència de EtAlCl2 com a catalitzador es deu la formació d'un complex entre el catalitzador i una conformació preferent del dienòfil que afavoreix l'atac per una cara del doble enllaç. S'ha estudiat l'efecte de diversos factors com la temperatura, el dissolvent, el catalitzar, etc. sobre l'excés enatiomèric obtingut i s'han optimitzat les condicions de reacció perquè el procés global impliqui el mínim nombre de passos possible. Finalment, en el tercer apartat de la tesi, s'ha desenvolupat nou mètode que permet mesurar l'excés enantiomèric de diversos alcohols utilitzant RMN de deuteri en cristalls liquids quirals. L'alcohol es deutera mitjançant simple intercanvi en un solvent pròtic deuterat i s'enregistra l'espectre en fase anisòtropa quiral a baixa temperatura. Aquest intercanvi es pot realitzar al mateix tub de RMN, però cal encara optimitzar les condicions d'aquest procés. / This thesis deals with the development of new methods in asymmetric synthesis and determination of the enantiomerical purity. In the first part of the thesis, two molecular tweezers were synthesized by simple esterification from fumaryl chloride and enantiopure ?,?'-bis(trifluorometil)-9,10-antracendimethanol. The capacity of enantiodiscrimination of these tweezers was determined for different chiral solutes, achieving very satisfactory results. The binding constant with 1-phenyl-1,2-ethandiol was determined by the equimolar method and diffusion experiments, but no important differences between the values of both diastereomeric complexes were found. This shows that the enantiomeric discrimination results from a different geometry, rather than from a different stability of the complexes. The stoichiometry of the complexes, studied by Job's method, is 1:1.In the second part of the thesis, a chiral dienophile was synthesized from commercial compounds, fumaryl chloride and chiral CSA 1-(9-antril)-2,2,2-trifluoroethanol, and characterized by NMR. Cicloadditions with different diens were realized, obtaining high diastereomeric excesses. Hydrolysis of the resulting adduct produces the enantiomerically enriched 1,2-dicarboxilic acids, esters or alcohols, depending on the reaction conditions. The global process was optimized for the dienes ciclopentadiene and isoprene. The chiral auxiliary was recuperated in 90 % yield and the final diacids were obtained after 3 steps from commercial products, in 90 % yield and 80 and >95 e.e. respectively. In reference to the third part of this thesis, different deuterated alcohols were obtained by exchange in D2O. The enantiomercal purity of these alcohols was determined quantitatively by NMR in liquid crystal phase, using a mixture of the polipeptid PBLG and dichloromethane. In a second step, the deuteration process was realized directly in the NMR tub, obtaining also very satisfactory results.

Els tumors cerebrals humans són relativament freqüents a persones d'edat avançada. El seu correcte diagnòstic té gran importància per garantir procediments terapèutics o decisió clínica adequats. La espectroscòpia per ressonància magnètica nuclear in vivo és una eina per al diagnòstic no invasiu amb gran potencial davant la sospita de lesió intracerebral. Es pot adquirir en la mateixa exploració que les imatges per ressonància magnètica amb un petit augment del temps total. En canvi, l'espectroscòpia d'alta resolució ha estat molt utilitzada en l'anàlisis d'extractes de metabòlits de biòpsies tumorals o bé de fluids corporals per a una millor resolució i separació dels diferents components moleculars de la mostra. Aquesta tesi tracta de l'anàlisi in vivo i in vitro de patrons espectrals de tumors cerebrals humans i també de lesions cístiques associades a aquests tumors. L'anàlisi d'espectres in vivo ha emprat també la metodologia de reconeixement de patrons espectrals. En l'estudi de lesions cístiques, hem desenvolupat un classificador automàtic basat en patrons espectrals in vivo per distingir entre lesions malignes, benignes i abscessos. Els líquids cístics han estat estudiats quimicament. S'han detectat àcid siàlic i àcid hexurònic, compostos moltes vegades presents a elements macromoleculars de matriu extracel·lular. S'han realitzat extraccions de metabòlits solubles en àcid perclòric (PCA) dels líquids per observar-ne el patró espectral. Els principals resultats d'aquest apartat són que el senyal observat in vivo a 2,03 ppm, generalment associat a N-acetilaspartat, correspon en bona part a un element macromolecular, possiblement siàlic associat a proteïnes. S'han analitzat els patrons in vivo i en dissolucions model a camp clínic (1,5 Teslas) de mio-inositol i glicina, donada la seva importància en la gradació de tumors astrocítics i en la discriminació d'altres tipus tumorals com hemangiopericitomes i meningiomes, i s'ha dissenyat una corba de calibració amb dissolucions model per determinar les quantitats relatives de cadascun a l'espectre in vivo. Això permetrà la comparació d'aquests valors amb els obtinguts a l'anàlisi de biòpsies in vitro. En aquest apartat, s'ha comprovat que la quantitat relativa de mio-inositol disminueix amb l'augment del grau tumoral. També es van plantejar, a l'anàlisi de patrons espectrals a camp clínic, fórmules discriminatòries experimentals ("classificadors"), com la basada en mio-inositol/glicina i lípids per a discriminar glioblastoma de metàstasis amb una millora de la discriminació diferencial per 22% dels casos de glioblastoma. Les anàlisis in vitro s'han fet mitjançant extraccions de metabòlits solubles en PCA amb posterior avaluació del patró espectral mitjançant una anàlisi estadística, per detectar metabòlits útils en la discriminació futura de tipus tumorals difícils de diferenciar en exploracions in vivo. A més, s'han realitzat tests preliminars de reconeixement de patrons espectrals in vitro. S'han obtingut les evidències per entendre les diferències observades in vivo. Finalment, la detecció de concentracions de glicina in vivo als tumors astrocítics de grau baix, més reduïda que la obtinguda in vitro, suggereix una restricció de la mobilitat de la glicina al teixit intacte, possiblement degut a la seva associació amb macromolècules cel·lulars. A més, aquesta Tesi també tracta de la col·laboració al desenvolupament d'una eina d'auxili al diagnòstic de tumors cerebrals, basada en patrons espectrals de RMN de 1H, anàlisi d'imatges per ressonància magnètica, anatomies patològiques i dades clíniques, associada al projecte INTERPRET (International Network for Pattern Recognition of Tumours using Magnetic Resonance, http://carbon.uab.es/INTERPRET). Aquesta eina es troba en procés de certificació industrial i està sent sotmesa a avaluació en diferents centres clínics. / Human cerebral tumours are relatively frequent neoplasms. access to closed cranial spaces is difficult and then proper diagnositc is important to ensure correct therapeutic proceedings.In vivo magnetic resonance spectroscopy is an important diagnostic tool for abnormal intracraneal masses. Spectra can be acquired in the same magnetic resonance imaging exploration, with little additional time. On the other hand, high resolution spectroscopy, by another hand, has been widely used in perchloric extracts analysis and for body liquids and fluids to achieve a better resolution and separation of different sample compounds. This thesis deals with the in vivo and in vitro analyses of spectral patterns of human cerebral tumours and also cystic lesions associated with these tumours or with infectious abscesses. Pattern recognition techniques have also been applied to in vivo spectral analyses of data. We have developed an automatized classifier based in the spectral pattern recorded in vivo from cystic lesions to distinguish between malignant and benign tumours and abscesses. Cystic fluids have also been chemically analysed and we have found sialic and hexuronic acids, often present in macromolecular components of the extracellular matrix. We have also carried out perchloric acid (PCA) extraction of soluble metabolites of cyst fluids to characterize its spectral pattern. Main results of this part were that the 2,03 ppm signal in vivo, generally attributed to N-acetyl aspartate, is mainly due to a macromolecular component, possibly protein-bound sialic acid. Furthermore, we have analysed in vivo and model solution spectral patterns (clinical field, 1,5 Teslas) of myo-inositol (mI) and glycine (gly), due to their possible importance in astrocytic tumour grading and also for discrimination of other tumoral types as hemangioperycitomas and meningiomas. We have also designed a calibration curve with model solutions to calculate de mI/gly in in vivo spectra. This has allowed comparison of these values with in vitro ones, obtained from biopsy PCA extractanalyses. In this part, we have verified that the relative concentration of myo-inositol decreases with increasing tumoral grade. In in vivo spectral pattern analysis, we have also proposed experimental discriminative formulas (classifiers), as one based in myo-inositol/glycine and lipids, to discriminate glioblastomas from metastasis with an improvement of discrimination in 22% of the glioblastoma cases. In vitro analyses have been carried out with PCA-soluble metabolites, with further evaluation of spectral pattern by means of statistical analyses, in order to detect metabolites potentially useful in discrimination of tumoral types difficult to be performed in toward?¿? clinical practice. Moreover, preliminary studies with pattern recognition techniques on the in vitro data have been started. These studies will provide evidence-based facts to understand the in vivo detected differences. We have confirmed previous results, such as the high myo-inositol concentration in hemangioperycitomas, being a very important differential diagnostic feature. Finally, detection of the in vivo apparent glycine concentration in astrocytic tumours, lower than the in vitro detected concentration, suggests a reduction of glycine mobility in intact tissue, possibly due to its association with cell macromolecules. This thesis also describes the collaboration in the development of a decision-support-system to aid cerebral tumour diagnosis, based in 1H-RMN spectral patterns, magnetic resonance imaging analysis, anatomical pathology and clinical data, associated to the INTERPRET project (International Network for Pattern Recognition of Tumours using Magnetic Resonance, http://carbon.uab.es/INTERPRET). This system is presently in process of industrial certification and its performance is being evaluated at several clinical centres.

The PhD thesis aimed to characterize the dynamic or temporal dimension of the emotional experience assessed using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Brain response to primary emotional stimuli and basal brain functional connectivity during a sustained resting-state have been analyzed using a dynamic approach in healthy subjects and in patients suffering from fibromyalgia and major depression (MDD), both disorders showing relevant abnormalities in the affective sphere. The technical advance recently incorporated to the field of fMRI data acquisition and analysis has made possible the dynamic study of the human emotional experience from a brain-system perspective. Two different approaches were employed. The first approach (i) was intended to dynamically characterize brain responses in emotion circuits when specifically targeted by aversive painful stimulation, considered a primary elicitor of emotional responses, in healthy subjects and in the selected clinical populations. The second approach (ii) specifically aimed to dynamically characterize the "baseline" functional organization of distinct emotion-processing circuits in healthy subjects and in a core affective disorder such as major depression.Four studies compose the PhD thesis. The first study assessed the existence of regional specialization within the right lateral aspect of the frontal cortex, important for the affective modulation of pain perception, on the basis of their response dynamics during mechanical painful stimulation in a group of healthy subjects. Three distinct locations were found with separate temporal courses of activation showing each of them a different contribution to the final experience of pain reported by the subject. In the second study, information concerning the actual brain response dynamics (time-courses of brain responses) to painful stimulation were used in a group of fibromyalgia patients (and in healthy subjects) to better characterize their overall subjective pain experience and the specific contribution of brain emotional processing abnormalities to such a clinical disorder. The dynamic analysis approach successfully identified relevant abnormalities in the patients' response to pain that would have not been possibly detected with a conventional model-based approach based on the fixed stimulus duration. The third study aimed to assess possible alterations in the baseline functional organization of the emotion-related brain networks during resting-state (stimulation free) conditions in a group of MDD patients, characterized by a continuous and severe negative affective state. Gray-matter abnormalities observed in MDD patients guided the functional connectivity study, which successfully captured major brain networks relevant to MDD physiopathology. Overall, the baseline functional disposition of the brain systems under study revealed functional connectivity disruptions (loss of coherence between fMRI signal fluctuations in distinct brain regions) affecting most of the networks, coinciding with the general hypo-functional state characterizing such patients. Specific functional connectivity enhancements were also found in regions integrating the basic threat response circuit, which may be associated with the sustained stress characterizing MDD patients. Finally, the fourth study aimed to characterize the temporal changes in the abnormal responses to aversive painful stimulation in MDD patients following one and eight weeks of antidepressant treatment observed within relevant emotion brain circuits, and the specific brain correlates of affect-related symptomatic improvement in such patients. The dynamic study successfully identified (i) the normalization of brain hyper-responses to painful stimulation in emotion-related systems in MDD patients, associated with their symptomatic improvement following antidepressant treatment (ii) brain imaging correlates of symptomatic improvement in specific clinical dimensions of interest (iii) baseline brain response measurements predicting clinical responders following 8 weeks of antidepressant treatment. All in all, the four studies presented in the PhD thesis constitute a step forward in the dynamic characterization of how the brain constructs emotion perception and sustained affective states in the context of both health and disease.

Introducción: Los recientes desarrollos de la RM basados en la posibilidad de detectar cambios de oxigenación en sangre y los relativos a la adquisición de imágenes rápidas, han dado lugar a técnicas que permiten medir en todo el encéfalo y de forma no invasiva los procesos fisiológicos que se creen relacionados con la actividad neuronal. Estas nuevas técnicas se conocen como Resonancia Magnética funcional (RMf). Objetivos:1- Definición de protocolos de estimulación auditiva (paradigmas) y puesta en marcha del proyecto de RMf auditiva.2- Demostrar la posibilidad de registrar y separar claramente mediante RMf la actividad cerebral relacionada con la percepción de estímulos auditivos del resto de la actividad cerebral concomitante.3- Evaluación de las posibles diferencias en la respuesta cortical en relación con la edad, sexo, presentación del estímulo sonoro y frecuencia del estímulo, para así establecer unos parámetros de actividad cortical auditiva en los sujetos normooyentes que puedan servir de referencia para estudios de actividad cortical auditiva en pacientes con algún tipo de alteración en el sistema auditivo.4- Valorar el grado de reproducibilidad de la RMf auditiva. Material y Métodos:Este estudio se ha realizado con una muestra de 32 sujetos voluntarios normooyentes, de ambos sexos, con una edad comprendida entre los 18 y 50 años. Para este estudio se ha dispuesto de los siguientes recursos:1. Equipo de Resonancia Magnética (1.5 Tesla) del (CDI) del Hospital Clínic de Barcelona. 2. Sistema de Audio compatible con RM. 3. PC pentium IV IBM compatible y la herramienta estadística SPM. 4. PC portátil con generador de archivos de sonido.Resultados y conclusiones:1- La RMf auditiva es una prueba no invasiva que permite registrar la activación a nivel del córtex auditivo tras la estimulación de la vía auditiva neurosensorial en sujetos normooyentes.2- La aplicación de un paradigma de estimulación auditiva y unos tiempos de adquisición y reposo "delays" adecuados son imprescindibles para registrar y separar la activación cortical debida a la estimulación auditiva, de la activación cortical debida al ruido de la máquina y del resto de la actividad cerebral concomitante.3- Valorando los resultados obtenidos, se observa que la estimulación monoaural de un sujeto normooyente produce la activación del córtex auditivo de manera bilateral, con tendencia a que esa activación sea mayor a nivel contralateral al oído estimulado.4- Existe una especialización funcional o tonotopía a nivel del córtex auditivo primario, de tal manera que frecuencias más graves (750 Hz) producen una activación del córtex auditivo primario en un área más lateral que frecuencias más agudas (2000 Hz).5- El análisis de los resultados globales (apartados A, B, C, H, I) indica una predominancia del córtex auditivo izquierdo en el análisis y procesamiento de la información auditiva que se recibe a nivel encefálico, aunque según la literatura puede influir el que la mayoría de sujetos sean diestros, y hace necesarios futuros estudios que valoren la posible diferencia de hemisferio predominante entre zurdos y diestros.6- Al restar a la activación producida en jóvenes (<35 años) la activación cortical producida en adultos (>35 años), no se ha registrado una activación cortical estadísticamente significativa (p < 0.001) y por tanto no se ha encontrado diferencia estadísticamente significativa.7- No se ha encontrado diferencia estadísticamente significativa (p < 0.001) entre hombres y mujeres en la activación cortical auditiva.8- Al analizar la reproducibilidad de la prueba de RMf vemos que en 6 de los 8 casos la segunda prueba realizada es concordante con la primera prueba y en 2 de los casos los resultados observados en las dos pruebas no son concordantes. Teniendo en cuenta los casos en los que se ha podido repetir la prueba, consideramos necesaria la realización de futuras investigaciones con un mayor numero de casos y así valorar con mayor precisión la reproducibilidad de la prueba.

L' esclerosi múltiple (EM) és una de les malalties inflamatòries més comunes del sistema nerviós central (SNC). En l'EM es produeix una desmielinització de les fibres nervioses que dificulten o interrompen la conducció de l'impuls nerviós en el SNC donant lloc a una simptomatologia molt variada, amb signes i símptomes motors, sensitius i alteracions cognitives. D'entre un 40- 65% dels pacients d'EM avaluats en els serveis d'atenció sanitària presenten algun tipus d'alteració cognitiva, fins i tot en fases de recent diagnostic de la malaltia, provocant aquestes alteracions cognitives dificultats en les activitats de la vida diària. És per a tots aquests factors, que en els últims anys s'ha desencadenat un gran interès no només per a l'estudi dels dèficits cognitius en aquesta malaltia, sinó també en el desenvolupament d'eines diagnostiques ràpides i eficaces per a valorar les alteracions cognitives en aquesta població clínica.Una de les eines d'avaluació més utilitzada es la prova Paced Auditory Serial Addition Test (PASAT), en la qual els pacients d'EM presenten un baix rendiment i tema central d'aquesta tesi doctoral. Aquesta prova es una de les més utilitzades per a l'avaluació dels dèficits cognitius d'aquests pacients, tant en l'àmbit clínic com en el de la investigació. Aquest fet fa que, ja sigui com a prova única en bateries de tipus neurològic o formant part d'altres bateries neuropsicològiques més extenses, el PASAT s'utilitze quasi de forma sistemàtica per a la valoració cognitiva en l'EM. Per altre banda, aquesta prova no es troba exempta de problemes, degut a que, per una banda l' execució correcta d'aquesta tasca implica la realització coordinada d'una serie de funcions cognitives resulten, en segon lloc, una prova difícil de realitzar no sols per als pacients, sino també en grups de persones sense alteració neurològica.

La Espectroscopia por Resonancia Magnética de Protón (ERM 1H) es una técnica no invasiva de diagnóstico que, utilizando el mismo material que los estudios convencionales de imagen por RM, estudia el contenido bioquímico de los tejidos. De esta manera permite valorar el estado metabólico de los tejidos.En esta tesis se aborda el tema de la aplicación clínica de la espectroscopia por resonancia magnética de protón (ERM 1H) en el diagnóstico de los tumores cerebrales.Contiene tres artículos publicados en European Radiology, Radiology y Neuroradiology en los años 2002 y 2003. En ellos se propone un método para clasificar los tumores cerebrales en base a sus características en ERM 1H. Para ello se utilizan los percentiles de 10 y 90% de determinadas resonancias, dependiendo de los casos, como puntos de corte en diversos algoritmos. Los algoritmos se adaptan en cada trabajo dependiendo de la pregunta a responder.En el primer trabajo (Majós et al, European Radiology 2003) se trabaja la clasificación de los tumores más frecuentes en cuatro grupos (1-meningioma, 2-astrocitoma de bajo grado, 3-astrocitoma anaplásico, y 4-glioblastoma+metástasis). Los resultados, validados en un grupo de test, son de 82% clasificaciones correctas.En el segundo trabajo (Majós et al, Radiology 2002) se estudia un grupo tumoral menos prevalente: los Tumores Neuroectodérmicos Primitivos (TNEP) en adultos. Se estudian sus características espectroscópicas y los resultados que se obtienen al aplicar estas características en el diagnóstico diferencial con los tumores cerebrales más frecuentes en el adulto (meningioma, astrocitoma de bajo grado, astrocitoma anaplásico, glioblastoma y metástasis). Los resultados obtenidos, validados también en un grupo test, son de 78% clasificaciones correctas, 13% clasificaciones incorrectas y 9% casos inclasificables. En este artículo se concluye que la ERM 1H proporciona información útil para la diferenciación clínica entre TNEP y los tumores cerebrales más frecuentes en el adulto.En el tercer artículo (Majós et al, Neuroradiology 2003) se estudian los meningiomas de aspecto radiológico atípico. Los autores estudian en profundidad las características espectroscópicas de los meningiomas y los aspectos que pueden ser de mayor utilidad para diferenciarlos de los tumores cerebrales más frecuentes. Estos aspectos se aplican en un algoritmo similar al elaborado en los otros dos trabajos. En un segundo tiempo se identifican los meningiomas que por su aspecto radiológico pueden ser considerados atípicos. Estos meningiomas constituyen un 14% del total de meningiomas (5/37). Se les aplica el algoritmo elaborado con el global de meningiomas para realizar los diagnósticos diferenciales surgidos a partir de la valoración de las imágenes, obteniendo una clasificación correcta en 4 de 5 casos (80%) y 10 de 12 procedimientos de diagnóstico diferencial (83%). La conclusión de este trabajo es que la ERM 1H puede ser aplicada con éxito en tumores en que el diagnóstico de meningioma no está suficientemente claro con los estudios de imagen.En global estos trabajos aportan una valoración de la utilidad clínica de la espectroscopia, concluyendo que su aplicación puede ser útil en determinados casos. Se sugiere la ERM 1H como una técnica adicional a ser utilizada para mejorar el diagnóstico prequirúrgico de los tumores cerebrales, máxime teniendo en cuenta que se trata de un método no invasivo y que puede realizarse en el mismo procedimiento que el estudio por RM convencional.

La existencia de largas listas de espera para trasplante hepático de cadáver para tratar la hepatopatía irreversible y el hepatocarcinoma hace necesaria la búsqueda de alternativas como el trasplante hepático de donante vivo. El estudio prequirúrgico de los potenciales candidatos a donante vivo de hígado debe incluir la determinación del volumen hepático que va a trasplantarse, así como la distribución arterial, portal venosa hepática y biliar que presenta el donante. Todo ello debe efectuarse con las técnicas menos agresivas a nuestro alcance. La resonancia magnética (RM) permite evaluar estos parámetros en una sola exploración. En este trabajo se ha intentado demostrar que la RM es la técnica de elección en el estudio prequirúrgico del donante vivo hepático, ya que es segura y fiable en la valoración de la anatomía vascular y biliar, en el estudio del parénquima y en la determinación del volumen hepático de forma que puede utilizarse como única técnica en la valoración global del donante.Se han evaluado 39 donantes vivos de lóbulo derecho hepático consecutivos en los que se obtuvieron estudios dinámicos multifásicos durante la inyección intravenosa de contraste paramagnético, secuencias colangiográficas fuertemente potenciadas en T2, secuencias colangiográficas adicionales tras administrar contraste de excreción biliar y cálculo volumétrico. Los hallazgos vasculares observados en la RM se correlacionaron con los obtenidos en la angiografía y en la cirugía. Los hallazgos de la colangiografía por RM se compararon con los de la colangiografía intraoperatoria. El volumen hepático estimado para el lóbulo derecho hepático en la RM se comparó con el peso de la pieza de hepatectomía derecha en el quirófano.La correlación observada entre el volumen hepático calculado en la RM y el peso del injerto, utilizando el análisis de correlación de Pearson dio un valor de r2 = 0.78, con una sobreestimación por parte de la RM del 18% de media. Las arterias hepática, esplénica, mesentérica y tronco celíaco se identificaron siempre de forma excelente. Las arterias hepáticas derecha e izquierda se observaron de forma suficiente en 74% y 71,7% de los individuos. El patrón de distribución arterial se evaluó siguiendo la clasificación de Michels y la RM clasificó correctamente este patrón en el 92,3% de los individuos.La vena porta y sus ramas lobares y segmentarias se identificaron de forma excelente en el 100% de los individuos. El patrón de distribución venosa portal se evaluó siguiendo la clasificación de Cheng, y los hallazgos en la RM fueron coincidentes con de la angiografía y la cirugía en el 97,4% de los donantes. La prueba exacta de Fisher mostró una asociación significativa entre la RM y la angiografía y cirugía para diferenciar entre patrones normales y variantes en los vasos arteriales y en la vena porta.Las 3 venas hepáticas fueron visualizadas de forma excelente en todos los estudios de RM. La S de la RM para identificar las venas accesorias que requirieron anastomosis adicionales fue del 80%, la E del 100% y la PD del 94,8%.Para evaluar el patrón de distribución biliar se siguió la clasificación de Couinaud. La colangiografía con contraste fue mucho mejor que la obtenida sin contraste, permitiendo la primera identificar el patrón de distribución correcto en 88% de los individuos mientras que la segunda sólo lo hizo en el 57% de ellos.En conclusión, El estudio por RM de los candidatos a donante vivo hepático permite definir con precisión en un único examen los volúmenes lobares y evaluar la anatomía vascular y biliar esenciales para la planificación quirúrgica. La angiografía debe reservarse para aquellas situaciones en las que no se obtenga una representación adecuada de la vascularización arterial hepática. / . TÍTLE:Living donor liver transplantation. Magnetic resonance imaging contribution to liver volume calculation, and vascular and biliary anatomy depiction.SUMMARY:Large waiting lists for cadaveric liver transplantation have lead to the development of live donor liver transplantation (LDLT). Evaluation of potential candidates for donation includes liver volume calculation and arterial, portal, hepatic venous and biliary anatomy assessment. The use of the least noninvasive diagnostic tool for this group of individuals is mandatory. This work tries to demonstrate that magnetic resonance imaging (MRI) is enough in the evaluation of live living donors (LLD) candidates because it is reliable for the vascular and biliary anatomy evaluation and for liver volume calculation. Thirty nine consecutive LLD were studied with MRI. Angiographic and cholangographic sequences, the latest both prior and after biliary enhancing contrast agent administration were performed. MRI vascular findings were correlated with angiographic and surgical data, right lobe liver calculation on MRI was compared to graft weight and MRI cholangiographic findings were correlated with those obtained at intraoperative cholangiography. Simple linear Pearson correlation and Fisher test were used for statistical analyses.A high correlation between right lobe liver calculation on MRI and graft weight (r2 = 0.78) was observed, with an overestimation of about 18%. Hepatic, celiac, splenic and mesenteric arteries, as well as main trunk and lobar and segmental portal branches and the three main hepatic veins were always excellently depicted. Right and left hepatic arteries were sufficiently depicted in 74% and 72% of individuals respectively. Arterial distribution, according to Michel's pattern was correctly assessed in 92.3% and portal venous distribution, according to Cheng's classification was correctly assessed in 97.4% of subjects. MRI sensitivity, specificity and accuracy in depicting accessory hepatic veins requiring additional vascular anastomosis was 80%, 100% and 94,8% respectively.Contrast enhanced MRI cholangiography was better than non-enhanced MRI cholangiography for biliary anatomy assessment. A correct depiction of the biliary distribution in 88% and 57% was respectively achieved, following the Couinaud's classification pattern. In conclusion, MRI evaluation of LLD is reliable for liver volume calculation and vascular and biliary anatomy depiction, and can be used as the only imaging tool prior to surgery. Angiography can be reserved for those individuals with inadequate arterial vascular demonstration on MRI.

Current views in cognitive neuroscience assume that many high level cognitive functions, such as learning, language, or memory are anatomically widely distributed across the whole brain, interacting and overlapping with different large-scale functional systems. These functional specific brain networks are believed to be implemented in the brain by the segregation of different brain regions, that is, groups of neurons or cortical columns with common functional properties. It is the integration of these distal segregated regions, which might define the different cognitive processes. Moreover, these regions are also connected by the presence of specific neural pathways, which permits the information flow between areas. The lack of an anatomical support of these networks makes a direct functional connection biologically impossible. Indeed, unique afferent and efferent connections might define the connectivity patterns used to convey information to other cortical and subcortical regions. In this framework, it is the integration of the distributed neural network, linked anatomically and functionally in a precise way, which largely may define the brain's function. More concretely, by combining functional MRI and diffusion tensor imaging (DTI) information, this dissertation aims to examine possible functional and micro-structural interactions in the human brain in order to reach a better understanding of the organization and dynamics of the distributed neural systems that subserve neural functions and human behaviour.This dissertation should not be considered as a treatise on functional and structural integration but rather as a launching point in order to begin to understand human functional and structural brain connectivity.KEY WORDS: Diffusion Tensor imaging (DTI); functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI); functional connectivity; micro-structure; neuroimaging; reward processing / Les tendències actuals en ciència cognitiva donen suport a la idea que la majoria de les funcions cognitives d'alt nivell, com ara l'aprenentatge, el llenguatge o la memòria estan sostingudes per circuits funcionals que estan distribuïts i interactuen entre si en el cervell humà. Es creu que aquestes xarxes cerebrals podrien estar segregades en unitats funcionals caracteritzables tant per la seva localització com per les seves interaccions amb diferents poblacions neuronals. La integració d' aquestes unitats funcionals a través de feixos específics de substància blanca modularien el flux d'informació dins la xarxa neuronal, donant lloc al processament de les diferents funcions cognitives. En aquest marc, la dinàmica i l'arquitectura cerebral funcional són essencials per l'estudi dels processos cognitius. L'objectiu d'aquesta tesi és explorar possibles interaccions entre funció i micro-estructura fent ús de la tècnica de ressonància magnètica, concretament, combinant imatges de ressonància magnètica funcional i del tensor de difusió. Així, es pretén aprofundir en la comprensió de l'organització i la dinàmica dels diferents sistemes neurals que suporten les funcions cognitives i per tant el comportament humà.Aquesta tesi no s'ha d'entendre com un tractat d'integració funcional i estructural sinó com un punt de partida en l'estudi de la connectivitat funcional i estructural a partir de tècniques de ressonància magnètica. / RESUMEN:Las tendencias actuales en ciencia cognitiva dan soporte a la idea que la mayoría de las funciones cognitivas de alto nivel, como por ejemplo el aprendizaje, el lenguaje o la memoria, se sostienen a través de circuitos funcionales que están distribuidos e interactúan en el cerebro humano. Se cree que estas redes neuronales podrían estar segregadas en unidades funcionales que se caracterizarían tanto por su localización como por sus interacciones con diferentes poblaciones neuronales. La integración de estas unidades funcionales a través de haces específicos de sustancia blanca modularían el flujo de información en la red neuronal, dando lugar al procesamiento de diferentes funciones cognitivas. Es en este marco donde la arquitectura cerebral y su dinámica son claves en el estudio de los procesos cognitivos.El objetivo de esta tesis doctoral es investigar posibles interacciones entre función y microstructura utilizando la técnica de resonancia magnética, concretamente combinando imágenes de resonancia magnética funcional así como del tensor de difusión. Se pretende profundizar en la compresión y la organización de la dinámica de los diferentes sistemas neuronales que soportan diferentes funciones cognitivas y por tanto el cerebro humano.Esta tesis no se ha de considerar como un tratado de integración funcional y estructural sino como el punto de partida en el estudio de la conectividad funcional y estructural a partir del uso de técnicas de resonancia magnética.PALABRAS CLAVE: Tensor de difusión, Resonancia Magnética funcional (RMf), conectividad funcional, microestructura, neuroimagen, procesamiento de la recompensa.