Continuando con la serie de entradas dedicadas a la neuroimagen en esta ocasión me centro en dos de las técnicas más comunes en la Neuroimagen, la implantación de electrodos intracraneales y el electroencefalograma EEG.
Implantación de electrodos intracraneales
La implantación de electrodos intracraneales proporciona la fuente más fiable
de neuroimagen. Hace décadas que es posible medir la corriente en el
interior y el exterior de una célula mediante la implantación de
electrodos. Con todo detalle conocemos las propiedades eléctricas del
impulso nervioso y su secuencia temporal. En general los electrodos se
realizan in vitro, es decir, en células que se han extraído de un cuerpo (a veces con células generadas por ingeniería genética).
La implantación de electrodos intracraneales se realiza también in vivo
en animales o en humanos bajo muy estrictas circunstancias ya que es
altamente invasiva: hay que abrir el cráneo e introducir los electrodos.
El caso más frecuente es la epilepsia en la que se
usan los electrodos para encontrar el foco epiléptico antes de
extirparlo así como para asegurarse de que no se tocan áreas vitales. En
estas ocasiones se usan los electrodos ya implantados para realizar
experimentos conductuales.
La neuroimagen basada en electrodos es muy invasiva y
es cara. Su resolución temporal y espacial son excelentes de modo que
sabemos con gran exactitud lo que está ocurriendo en el área registrada.
Electroencefalograma EEG
El electroencefalograma EEG
fue usado por primera vez en 1929 por Hans Berger (que también registró
las ondas alfa) y es una de las técnicas más usadas de neuroimagen. Las
neuronas generan electricidad. Esta electricidad traspasa el cráneo y
el cuero cabelludo y puede medirse en el exterior de la cabeza. Ello se
realiza colocando hasta una veintena de electrodos repartidos por la
superficie de la cabeza. De esta forma medimos en todas las áreas del
cerebro: frontal, temporal, parietal y occipital.
La señal que medimos es débil (microvoltios en comparación con
milivoltios de la neurona) ya que el cráneo y el cuero cabelludo son
buenos aislantes. Es además de poca resolución espacial: de los miles de
millones de neuronas sólo registramos las que están debajo del
electrodo y cada uno de estos registra miles de neuronas. Pero tiene
otras ventajas. Es barato y poco invasivo. En la
actualidad se utiliza un casco de goma que se pone sobre la cabeza y
puede usarse en casi cualquier circunstancia. Tiene además una excelente
resolución temporal, es decir, mide en milisegundos.
Son características las ondas que genera y que reflejan el estado de consciencia del individuo:
- delta (lentas) de menos de 4 Hz
- theta de 4-8 Hz
- alpha de 8 a 12 Hz
- beta de aproximadamente 14-30 Hz
- gamma de 30-80 Hz
Tiene múltiples aplicaciones diagnósticas: epilepsia, coma, muerte
cerebral, tumores… También es muy usado en investigación es también muy
usado. Comienza a usarse como interfaz cerebro computador BCI en personas impedidas.
Es de gran importancia el aparato matemático usado para analizar las ondas EEG y comprender lo que muestran los datos.
Ejemplos del uso de electrodos
El implante coclear para sordos, la implantación de retinas artificiales para ciegos o la implantación de miembros prostéticos como brazos y piernas en amputados abre un mundo de esperanza para personas impedidas.
La neurona de Marilyn Monroe
En este estudio,
se implantaron electrodos en el cerebro de los pacientes, se cerró el
orificio y se registró el comportamiento de las neuronas durante varios
días antes de proceder a la operación de extirpar el foco epiléptico.
Se sabe que neuronas individuales responden a ciertas vistas: algunas
responden a caras felices, otras a caras tristes, unas a casas y otras a
personas. También hay algunas que responden a caras concretas.
Se preguntó a los pacientes quienes eran algunos de sus famosos
favoritos. Después se les presentaron estos en la pantalla del ordenador
y se registró la actividad de los electrodos implantados. En la primera
parte del vídeo se observa cómo la neurona de Marilyn Monroe se dispara
repetidamente (cada bip sonoro corresponde a un potencial de acción)
cuando se presenta su imagen. En la segunda parte, el sujeto piensa en
Marilyn Monroe o Josh Brolin y, controlando el ordenador, consigue que
este presente la imagen en la que piensa. Esto supone un avance más en
la interfaz cerebro máquina BCI.
El homúnculo de Penfield
Wilder Penfield creó su famoso homúnculo en los años 40 y
50. Aplicaba una pequeña corriente eléctrica a pacientes que iban a ser
operados de epilepsia para saber el grupo de neuronas a extirpar.
Preguntando a los pacientes que sentían realizó un detallado mapa de la
corteza cerebral. El más conocido es su homúnculo sensoriomotor.
Ejemplos de uso de electroencefalograma EEG
La Universidad de Zaragoza tiene un grupo
líder mundial en tecnología de Interfaz Cerebro Máquina (BCI) a través
de la medición del registro del electroencefalograma (EEG). Han
desarrollado una silla de ruedas que se mueve controlada por EEG. El
objetivo es que puedan usarla pacientes paralizados que no pueden
siquiera hablar o mover los ojos.
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