Continuando con nuestra serie de entradas dedicadas a la neurociencia que iniciamos con el post "Una mirada al interior del cerebro", en esta ocasión nos centraremos 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.