4 impresionantes técnicas de imagen cerebral
La ciencia del cerebro ha hecho enormes avances en las últimas décadas, y nuestra comprensión del cerebro, lejos de ser completa, ha aumentado enormemente. Estos avances han sido posibles gracias a las diferentes técnicas de imagen cerebral descubiertas durante este último siglo. En este post repasaremos las 4 más impresionantes de estas técnicas
Electroencefalografía (EEG)
EEG podría considerarse el padre de las técnicas de neuroimagen, ya que es la primera técnica utilizada para medir la actividad (eléctrica) del cerebro vivo. Hans Berger registró el primer EEG de un humano en 1924. Los dispositivos de EEG han avanzado mucho desde entonces, haciéndolos más fiables, más portátiles, con más electrodos e incluso inalámbricos. Las técnicas de interpretación y análisis de datos del EEG también han avanzado mucho. Se han desarrollado complejas técnicas de análisis de datos de EEG (se puede encontrar un breve resumen aquí), como la llamada EEG-tomografía. Con esta técnica podemos hacer un mapa en 3D del interior del cerebro, simplemente midiendo los potenciales eléctricos en el cuero cabelludo del cerebro.
La EEG es barata, no invasiva, relativamente fácil de configurar y la resolución temporal es excelente: hasta menos de 1 ms o, en otras palabras, menor que el tiempo necesario para tener un potencial de acción. Por otra parte, la resolución espacial del EEG es mayor que la de otras técnicas de imagen cerebral (alrededor de 1-2 cm).
Imagen por Resonancia Magnética (IRM)
Representa el Santo Grial en las técnicas de imagen cerebral, así como para la imagen médica en general. La IRM es una técnica relativamente nueva (la primera imagen de IRM se publicó en 1973). Paul Lauterbur y Peter Mansfield, pioneros en las técnicas de IRM, recibieron el premio Nobel de Medicina en 2003. Muy brevemente, la RMN utiliza fuertes campos magnéticos y pulsos electromagnéticos para excitar protones que luego generan un fotón antes de decaer a su estado normal. Estos fotones son medidos por la IRM y se puede generar un mapa de un tejido vivo. La IRM tiene una gran resolución espacial (2-3 mm), lo que la hace muy adecuada tanto para la investigación como para las aplicaciones clínicas. El inconveniente es la resolución temporal, que es bastante baja (superior a 1 segundo). Además, los equipos de IRM son muy caros y voluminosos, por lo que no son portátiles y no son adecuados para su uso fuera del laboratorio.
Espectroscopia de infrarrojos cercanos (NIRS)
Se trata de una técnica relativamente reciente: las aplicaciones médicas y fisiológicas sólo se han desarrollado en las últimas décadas. La idea es colocar una fuente de luz NIR en el cuero cabelludo y un detector de luz NIR. De este modo se puede obtener la tasa de transmisión y absorción de la luz NIR en los tejidos humanos, que contiene información de los cambios en la concentración de hemoglobina. Sucede que cuando una zona concreta del cerebro está activa, su demanda de oxígeno aumenta y, por tanto, la concentración de hemoglobina también. La NIRS sólo puede obtener información de los tejidos corticales, ya que la luz NIR se absorbe completamente en las regiones más profundas del cerebro. Además, la resolución temporal de la NIRS es similar a la de la IRM, ya que obtenemos información similar, es decir, cambios en el flujo sanguíneo. Las ventajas de la NIRS son la portabilidad, la facilidad de uso y que es barata. Por estas razones, la NIRS se ha aplicado en muchas aplicaciones de interfaz cerebro-ordenador (BCI).
Tomografía por emisión de positrones (PET)
Se trata de una técnica muy chula en la que se aplican varios conceptos físicos para extraer información del cerebro: desde la física de partículas hasta la física cuántica. Brevemente, al sujeto en estudio se le inyecta un marcador radiactivo que contiene isótopos que decaerán en partículas de menor energía, y en ese proceso crearán positrones que colisionarán con electrones y luego se transformarán en fotones que podrán ser detectados por el PET. Sin embargo, esta técnica de imagen cerebral es invasiva (se inyecta al sujeto una sustancia radiactiva), cara (para crear el isótopo radiactivo se necesita un sincrotrón) y no portátil (el PET es bastante grande). Por otro lado, la calidad de las imágenes de la PET es bastante alta y se utiliza ampliamente para la detección de tumores cerebrales, entre otras aplicaciones (clínicas).
Hay otras técnicas de neuroimagen interesantes, pero para que este post sea lo suficientemente breve, me limitaré a enumerarlas brevemente:
- Electrocorticograma (EcoG): requiere abrir el cráneo y colocar una guía de electrodos en la superficie de la corteza. Registra señales eléctricas, pero de mayor calidad que el EEG.
- Magnetoencefalograma (MEG): Como el EEG, pero en este caso registra los campos magnéticos producidos por las neuronas al dispararse.
- Tomografía asistida por ordenador (TAC): Se realizan muchas radiografías desde distintos ángulos. Con esta información se puede producir una imagen en 3D del cerebro. Precaución: La exposición a la radiactividad de los pacientes es considerable.
- Matrices de microelectrodos (MEA): Utilizados para cultivos de neuronas in vitro, permiten medir potenciales de acción individuales, accediendo a los mecanismos de comunicación más básicos entre neuronas.