Visualizando el Cerebro

Los frenólogos pensaron que ellos podrían comprender el cerebro 

gracias al análisis de los bultos en la superficie del cráneo. Aunque 

en la actualidad esto parezca estar muy lejos de la realidad, su

ambición de intentar comprender el cerebro desde el exterior del 

cráneo ha fascinado a muchos durante años. Ahora, lo podemos 

hacer realmente, gracias a las nuevas técnicas de imagen cerebral. 

Los scanners modernos utilizan una gran variedad de medios 

proporcionándonos imágenes fantásticas de la estructura de 

neuronas y proyecciones de fibras, flujo sanguíneo y metabolismo 

energético del cerebro, así como cambios en la actividad neuronal 

que se produce después de inducir diferentes cosas. 

El camino hacia las técnicas 

modernas

En los intentos de relacionar estructura con función, neurólogos y 

neurofisiólogos han aprendido muchas cosas

gracias a correlacionar las singularidades de la mente o el 

comportamiento con la medición de estructuras cerebrales en 

estudios postmortem. Es así como las zonas cerebrales implicadas 

en el lenguaje fueron descubiertas por Broca. Este tipo de análisis 

han tenido muchos éxitos pero también tienen sus limitaciones. Uno 

no puede asumir que la pérdida de una función específica, debido 

al daño en una región cerebral, representa la función normal de esa 

región. Por ejemplo, un déficit puede aparecer porque la 

comunicación entre esa región y otras con las que se comunica se

haya bloqueado o desconectado. También es posible que regiones 

que no están alteradas puedan hacerse cargo de alguna de las 

funciones que lleva a cabo la zona dañada en condiciones 

normales. En definitiva, existen muy pocas lesiones patológicas que 

estén confinadas a una zona funcional específica. Además, siempre 

transcurre mucho tiempo entre el estudio de un paciente cuando 

está con vida y el posterior estudio del cerebro.

Las técnicas de imagen estructural del cerebro se empezaron a 

desarrollar hace 30 años. El reciente desarrollo de los métodos de 

proyección de imagen funcional por físicos médicos ha creado gran 

interés. Esto nos permite, literalmente, mirar dentro del cerebro e 

investigar el cerebro humano, a la vez que pensamos, aprendemos

o soñamos.

Cómo funciona todo

Las técnicas electrofisiológicas desarrolladas para monitorizar la 

actividad neuronal se basan en los cambios del potencial de 

membrana en las neuronas activadas. Las técnicas de scanning

cerebral monitorizan los cambios que aparecen en el metabolismo

energético requerido por las neuronas activadas.

Los gradientes electroquímicos que inducen el movimiento de los 

iones adentro y fuera de las neuronas (base de la comunicación 

sináptica y de los potenciales de acción) requieren energía. La fuente 

de energía procede de la oxidación de glucosa. La glucosa y el 

oxígeno son transportados al cerebro por medio de la circulación 

cerebral. Por medio de esta conexión neurovascular, sabemos que 

existe un aumento local en el flujo sanguíneo cerebral en las zonas 

activadas. Estos cambios ocurren rápidamente. Las técnicas 

modernas de neuroimagen miden estos cambios locales en el flujo 

sanguíneo y los utilizan como un índice de actividad neuronal.

La primera técnica funcional que se desarrolló fue la llamada 

Tomografía por Emisión de Positrones (PET). Este proceso implica la 

inyección, en humanos, de trazadores radiactivos unidos a 

compuestos con interés biológico (tales como drogas o fármacos que 

se unen a los receptores de diferentes neurotransmisores). Grandes 

anillos de detectores situados alrededor de la cabeza del paciente 

registran la sincronización y posición de las partículas gamma 

emitidas por los isótopos radioactivos que atraviesan el cerebro. El 

PET se puede utilizar para la realización de mapas de cambios en el 

flujo cerebral sanguíneo (CBF). Este tipo de medidas han permitido 

localizar donde residen las funciones sensoriales, motoras y 

cognitivas en el cerebro humano. Sin embargo, el PET tiene algunas 

desventajas, la mayor de ellas es que requiere la inyección de 

trazadores radioactivos. Lo que significa que mucha gente no puede 

someterse a un PET scann, por ejemplo, niños y mujeres 

embarazadas. En el mismo sentido, el número de medidas tomadas 

durante el scann son limitadas.

Una técnica diferente que se ha desarrollado y no es invasiva ni usa 

substancias radioactivas es la llamada Proyección de Imagen por

Resonancia Magnética (MRI).

Esto permite que cualquier persona, independientemente de su

edad pueda someterse a un scann. La MRI permite obtener 

imágenes muy detalladas de la estructura cerebral, y 

recientemente el desarrollo de la proyección de imagen por tensor 

de difusión (DTI) ha permitido la obtención de imágenes 

detalladas de las fibras de sustancia blanca que conectan las 

distintas regiones cerebrales.

Una de las aplicaciones más excitantes de la tecnología de MRI 

es el proporcionar imágenes funcionales del cerebro: esto es lo 

que se llama Proyección de Imagen Funcional por Resonancia 

Magnética (fMRI). Ésta se basa en las diferentes propiedades 

magnéticas existentes entre oxihemoglobina y deoxihemoglobina

en sangre (por lo cual la señal que se obtiene en FMRI se llama 

Señal Dependiente del Nivel de Oxigenación Sanguínea: BOLD). 

Cuando la actividad neuronal aumenta se induce un aumento del 

movimiento de iones que a su vez activan las bombas iónicas que 

requieren energía, por lo que aparece un aumento del 

metabolismo energético y del consumo de oxígeno. Todo esto 

implica un aumento de deoxihemoglobina y una disminución de la 

señal magnética. Sin embargo, el aumento en el consumo de 

oxígeno va inmediatamente seguido (segundos) por un aumento 

local del flujo cerebral. El aumento del flujo cerebral es mayor que 

el aumento en consumo de oxigeno; por lo tanto, hay un aumento 

relativo de oxihemoglobina y de intensidad de la señal. El 

mecanismo exacto de cómo se produce este aumento de flujo 

sanguíneo no está claro, pero parece ser que las responsables 

serian ciertas señales relacionadas con neurotransmisores.

Ponerlo en marcha

Probablemente seáis muy buenos substrayendo números. ¿Pero 

habéis probado alguna vez a substraer cerebros? No es de 

extrañar, por tanto, que el niño en el dibujo esté confundido. El 

substraer imágenes cerebrales en 2 y 3 dimensiones parece ser 

fundamental para el análisis de los datos y/o resultados. La 

mayoría de los estudios por MRI conlleva la medición de BOLD, 

cuando la gente se encuentra realizando determinadas tareas de 

forma controlada. Durante la realización de un scann, los sujetos 

yacen dentro del anillo de imanes y sus respuestas 

comportamentales a diferentes estímulos son monitorizadas. Se 

pueden presentar una gran variedad de estímulos, tanto visuales, 

proyectados en una pantalla para que el individuo los pueda ver o 

auditivos por medio de auriculares.

También se pueden examinar otros fenómenos tales como la

percepción, el aprendizaje, los recuerdos, el pensamiento e incluso 

la planificación. A menudo, se designan dos tareas teniendo que 

realizarse una justo después de la otra. La idea es que la primera 

tarea es la que implica el proceso en que el investigador está

interesado mientras que la otra no debería. La sucesión de 

imágenes que se obtienen se substraen la una de las otras para 

obtener una imagen en 2 dimensiones, con los cambios que están 

específicamente asociados con el proceso cerebral realizado. Estas 

imágenes son acumuladas y apiladas por el ordenador para crear 

una substracción efectiva y proporcionar una imagen en 3 

dimensiones (ver el dibujo de la página anterior). Los recientes 

avances y descubrimientos hacen que incluso breves pensamientos

o cortos procesos cerebrales (tan cortos como uno o dos segundos) 

puedan ser analizados. Esto es lo que se conoce como MRI 

asociado a un proceso. Para determinar si los cambios en una 

señal son reales y estadísticamente significativos durante la 

realización de una tarea se utilizan sofisticados métodos de análisis 

de datos. Un sistema de análisis que ha permitido estandarizar el

procesado de los datos obtenidos de las imágenes es el llamado 

Mapeo parametrito estadístico (SPM). Los mapas SPM 

normalmente son en color, en donde el amarillo intenso se usa para 

las áreas de mayor actividad ("calientes") mientras que el azul y 

negro indican áreas de menor actividad ("frías").

Los científicos que trabajan con las técnicas de imagen hablan de

áreas que se "encienden" cuando ciertas actividades se llevan a 

cabo. Si una persona mira constantemente como cambia el patrón 

de un tablero de damas, la activación se observará

fundamentalmente en la corteza visual primaria. La utilización de 

patrones en movimiento o distintas combinaciones de colores así

como otros estímulos inteligentemente diseñados para activar las 

diferentes áreas de la corteza visual nos ha dado muchísima 

información sobre la organización del sistema visual. Estudios 

similares se han llevado a cabo para el estudio de otros sistemas 

sensoriales. Esta forma de pensar localizada también ha ayudado a 

identificar las regiones del cerebro implicadas en los distintos

componentes de la lectura, tales como transformar las palabras que 

visualizamos en el código fonológico, como agrupamos los fonemas 

para obtener la palabra completa, el proceso de comprender el 

significado de las palabras y demás. También se han estudiado las 

tareas de aprendizaje, así como las zonas implicadas en la 

percepción y anticipación del dolor.

Sin embargo a la vez que la investigación ha ido avanzando, 

también han aparecido algunas sorpresas. Un ejemplo muy 

temprano fue la incapacidad de visualizar el lóbulo temporal 

activado regularmente durante tareas que implican memoria a largo 

plazo.

percepción, el pensamiento y la acción. La persona del scanner ha sido expuesta a distintas 

No obstante, nuevos paradigmas experimentales, incluyendo

realidad virtual, están actualmente revelando su actividad durante 

los procesos de memoria junto con otras, tales como la corteza 

prefrontal y el precuneous. Junto con los nuevos descubrimientos

neurofisiológicos y otras técnicas de proyección de imagen, esta 

variedad de regiones cerebrales implicadas en la memoria nos ha

llevado a re-evaluar nuestra comprensión de los sistemas de 

memoria del cerebro. También se están desarrollando nuevas 

técnicas matemáticas para poder observar y comprender como la 

actividad neuronal de diferentes regiones cerebrales interaccionan y 

se correlacionan durante tareas complejas, es lo que se llama 

conectividad eficaz. Esta medida nos permite ver como las áreas 

del cerero trabajan como un equipo y no son sólo un punto caliente 

funcional aislado. La esperanza radica en que estas nuevas 

técnicas, con imanes de alta fuerza de campo dándonos imágenes 

mucho más precisas, nos revelen la dinámica de las redes de 

neuronas que se comunican entre ellas en el control de la