neuroimagenología
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
El lector podrá:
1. Sintetizar los fundamentos y técn¡cas que se util¡zan en la electrof¡s¡ologfa (p.
EEG/PRE).
4. Contrastar las resoluciones temporales y espaciales de los métodos neuroimagenolÓgicos.
5. Describir las l¡mitaciones de la neuroimagenología como medio para relacionar
función v estructura
El capítulo 9 describió cómo el campo de la psicoflsiología ofrece un número de
herramientas valiosas con las cuales responder a algunas preguntas importantes dentro psicología; pero existen ciertas preguntas que sólo se pueden contestar a través Sistema In medición directa del cerebro.
La electrofisiologìa estudia la mediciòn y análisis de las señales elèctricas del cerebro
Como se discutió en el capítulo 3, el cerebro es un sistema electroquìmico; el
procesamiento cerebral está asociado con la generación de electricidad y, por lo tanto,
de campos magnéticos. La electrofisiología ofrece descubrimientos únicos acerca del
funcionamiento del cerebro, como también es capaz de registrar la actividad neural en
el rango de milisegundos. En comparación, las técnicas neuroimagenológicas tienen una resoluciòn temporal relativamente pobre: sólo .son sensibles a señales que aba¡can en segundos no milisegundos: gran parte del interés psicológico tiene lugar en términos de milisegundos, no segundos.
Electroencefalograma EEG
(EEG)
La actividad eléctrica del cerebro se puede registrar mediante la colocación de electrosobre dos el cuero cabelludo, que colectivamente comprenden el electroencefalograma (EEG)Berger fue el primero en demostra¡lo en la década de 1920. En la actualidad. el EEG se utiliza ampliamente en la psicología experimental, neurofisiologia y-neurología es una herramienta estándar de diagnóstico para padecimientos neurológicos tales como epilepsia.
De el EEG es sensible a las corrientes iónicas que atraviesan las membranas neuronales el capítulo 4); más específicamente, la fuente del EEG es la sumación de las entradas dendríticas al interior de la célula, que se integra a [o largo del tiempo, así como a partir de las diversas entradas. La carga eléctrica fuera de la dendrita ocasiona que fluya una corriente a través del medio circundante (tejido cerebral, líquido cerebroespinal, cráneo y piel). Cuando llega al cuero cabelludo, la corriente altera el potencial eléctrico del cuero cabelludo debido a la resistencia eléctrica del tejido: este cambio en la resistencia lo que se registra como EEG. En la actualidad, es posible procesar las señales EEG en términos de localización de fuente: aunque la señal del EEG se registra a partir del cuero cabelludo, se han desarrollado programas analíticos que le permiten al investigador inferir la fuente generadora, es decir, el lugar del cerebro donde se generaron las señales. Tales programas de localización de fuente permiten que se produzca un mapa de activación cerebral, que de manera indirecta produce una imagen de la actividad cortical y subcortical.
Sistema Internacional I 0-20
El EEG se mide según la localización de los electrodos sobre el cuero cabelludo. El método habitual para la colocación de los elechodos es el Sistema Intemacional 10-20 (Jasper, 1958). Las loc¿ilizaciones de los eleckodos se denoLan en ¡eferencia a los lóbulos: F -frontal,P=parietal,C=central,J=temporalyO=occipital.Comosemuestraenla
figura 10.1, los números nones se refieren al hemisferio izquierdo y los números pares alhemisferio derecho (Z se refiere a la línea media).
Frecuencias EEG
El EEG se compone de una mezcla de frecuencias eléctricas. Estos rangos de frecuencias son consistentes con el punto de vista popular de la actividad EEG en cuanto a su relación con la excitación cortical, que varía del sueño a la actividad intensa (figura 10.2)_
Alfa
la actividad alfa (8- l2 tlz) se exhibe en la mayoría de las personas cuando se encuentran despiertas y relajadas. Cerrar los ojos y relajarse produce un aumento en este rango de frecuencia La reducción en actividad alfa (bloqueo alfa) se ha asociado con estimulación sensorial y actividad mental
Beta
La actividad beta (13-50 Hz) también se divide en ondas beta lentas (13-19 Hz) y ondas
rápidas (20-30 Hz) y ondas gamma (30-50 Hz) más nítidas. Por lo general, beta se
para referirse al rango de 20-30 Hz que se asocia con activación táctil auditiva y emocional.
Theta
La áctividad theta (4-8 Hz) se asocia con la ausencia de placer y también con una variedad de procesos tales como MOR (movimi€nto ocular rápido), sueño, solución de problemas e hipnosis. Sin ernbargo, seríajusto decir que no se comprende bien la naturaleza precisa de theta.
Delta
La actividad delta (0.5-4 Hz) consiste en ondas grandes y léntas que se asocian con el
sueño y es la frecuencia predominante en el recién nacido humano dur¿nte los primeros
dos años de su vida. Sin embargo, también es evidente en los seres humanos adultos.
El EEG està sujeto a un número de artefactos que pueden corromper la señal de los
canales de los electrodos. Estos artefactos provienen de fuentes tanto biológicas como
técnicas. Los artefactos biológicos pueden ser el resultado de la interfrencia de: a) el
electrocardiograma (ECG, es decir, el latido del corazón); b) el electromiograma (EMG),
por los músculos con ligeros movimientos cercanos a los eleckodos, y c) el
(EOG) ocasionado por el movimiento de los ojos.
Los artefactos técnicos tienen una variedad de causas (p. ej., frecuencia de alimentación de 50 [Iz; por lo ;: gener4l, el equipo se alsla de este tipo de fuentes extemas), movimiento de los electrodos ' y diversos tipos de desperfectos en el equipo. ej., conexiones sueltas a los amplificadores). Con frecuencia se filtran las frecuencias bajas y altas para eliminar influencias [r-relevantes y extemas. Se han desanollado pagtas para el diseño y ejecución de experimentos con EEG a fin de estandarizar las investigaciones enhe laboratorios (p. ej., Picton et a1.,2000).
Pacientes con síndrome de "cautiverio"
Imagine que se despertara una mañana y, una vez totalrnente consciente, se percatara
de que estrí totalmente paralizado, sin posibilidad de mover las manos, piemas, boca o,
incluso, ojos. Esta perspectiva bastante aterorizante es la realidad de los pacientes con
sfndrome de "cautiverio": la mente está cautiva dentro del cuerpo y ha perdido todo cont¡ol. En ocasiones, este padecimiento es el resultado de una embolia o de una esclerosis de las neuronas motoras del sistema mótor somático. Aún peor, no es evidente a los clinicos si el paciente se encuentra consciente o en un estado vegetativo; pero el puede oírlos hablar (la experiencia subjetiva de este estado se describe en Bauby, I
Y bien, ¿cómo podríamos comunicamos con estos pacientes? Recuerde: no puede¡
hablar, mover sus dedos o manos para poder escribir, ni siquiera parpadear para
algún tipo de código de comunicación; de hecho, ¿cómo es posible siquiera saber si
conscientes?
En un notable estudio, se desarrolló la autorregulación neural de potenciales electro-
fisiológicos como medio de comunicación (Birbaumer et a/., 1999). Se utilizaron poten
ciales corticales lentos (PCL) y un entrenamiento operante permitió que estas ondas se
controlaran de manera consciente; este control les permite a los pacientes operar un dispositivo de deletreo que rlueve un cursor sobre una pantalla de video, lo que les facilita seleccionar letras del alfabeto. La autorregulación de las respuestas neurales se aprende haciendo que los pacientes mantengan una esfera dentro de una de dos cajas que aparecen en la pantalla. Al principio, ésta es una tarea dificil, pero las personas desarrollan estrategias (p. ej., relajación, enfoque) para influir en sus ondas cerebrales.
Una vez que ciertos aspectos de las ondas cerebrales se conüolan de manera consciente, se pueden conectar a un cursor que les permite escribir a los pacientes.
La mayoría de las personas pueden lograr la autonegulación neural con facilidad
se ha utilizado con una variedad de propósitos: reducción del estrés, control de hiper
actividad en niños, control de estados corticales enpacientes esquizofrénicos y control de estados para lograr un desempeño óptimo de músicos talentosos. En el caso de padecimientos clínicos, esta forma de control cerebral es un área importante,qunque
relativamente nueva, de medicina conductual; un aspecto significativo es que evita los
efectos secundarios de tratamientos medicamentosos. (Un campo relacionado es el de la "biorretroalimentación", que por lo general tiene que ver con técnicas de relajación
la regulación de funciones del sistema nervioso autónomo, como frecuencia cardiaca.
Potenciales relacionados con eventos (PRE) también conocidos como potenciales evocados
Ya desde las observaciones de Berger del registro del EEG a través del cuero cabelludo
ha habido interés en la relación entre los regishos EEG y los procesos psicolófgicos los
potenciales relacionados con eventos (PRE) son respuestas EEG ocasionadaspor sucesos: estas respuestas proporcionan datos valiosos acerca del procesamiento temporal de los eventos psicológicos. Debido a que la señal de los PRE es débil en comparación con la señal bruta del EEG, es necesario aumentar la proporción de señal a ruido realizando un promedio a partir de ensayos.
Un PR-E contiene un número de picos positivos y negativos que se
términos de su polaridad v latencia (a menudo se denominan componentes del PRE
Por ejemplo, un P300 se refiere a un pico positivo con una latencia modal de 300ms2
Se asume que las respuestas iniciales se encuentran mediadas por un análisis sensorial mientras que se asume que los picos posteriores tienen un mayor contenido psicológico. (p. ej., atención y análisis).
De manera normal, se asume que la mayoría de los PRE de cuero cabelludo es la sumación de los potenciales possinápticos de un gran
número de neuronas que se activan o inhiben de manera sincrónica. Distintas condiciones mentales producen diferentes tipos de respuestas. lo que enfatiza parámetros diversos
Entonces, se pueden mostrar las diferencias entre las respuestas obtenidas durante
tarea de control y aquellas obtenidas durante una tarea experimental.
onda-pre-encefaloimagen
La onda PRE consiste en un número de distintos "componerites", cada uno de los
cuales según se piensa, refleja diferentes procesos fisiológicos y psicológicos.
Potenciales sensoriales
La presentación de estímulos evoca un componente muy inicial (menos de 100 ms) y sedice que este componente es obligatorio, ocasionado por la estimulación de los nerviossensoriales. Este componente estí influido por panímetros de estímulo tales como intensidad y frecuencia, pero parece ser imsensible a factores psicológicos y por está razón no se analiza de manera habitual en los estudios psicológicos..
Negativos iniciales
Nl00
Cuando se hace una comparación entre estímulos atendidos y estímulos desatendidos,
los estímulos atendidos se asocian con un PRE más negativo de entre 100 y 200 ms.
En ocasiones, a esto se le llama negatividad de procesamiento y se píensa que refleja la selección a partir de un canal perceptual específico
N200
Este componente es sensible a estímulos raros (poco comunes) y se piensa que refleja
una detección de desigualdades, por lo que en ocasionese le denomina como negativi-dad desigual.También se asocia con el reflejo de orientación potque está implicado en el procesamiento automático de eventos sorprendentes (poco comunes)
Los componentes cognoscitivos tardíos
P300. Los eventos inesperados relevantes a la tarea que se está llevando a cabo evoca[
un amplio P300. Es posible que este componente refleje la actualización de la
ción en la memoria simultánea: los eventos inesperados y relevantes deberían
a una actualización de los esquemas de la memoria actual a fin de construir una
sensación precisa del mundo extemo. Por tanto, se relaciona con la codificación de
estímulos
N400
Este componente está implicado en el procesamiento semántico Su magnitud aumenta
con la naturaleza incongruente de una oración (p. ej., "tomó un trago del vaso", "tomó"
un trago del río", "tomó un trago del camión"). También se observa un componente de
gran magnitud en los paradigmas de verificación de oraciones, ya sea cuando se presenta una afirmación falsa (p. ej-, un gato es una planta) o bien una negación verdadera (p.ej un gato no es una planta).
Como ejemplo del uso del PRE, considere el estudio de Schott y colaboradores
(2003). Examinaron la hipótesis de que el alistamiento perceptual y la memoria explicita tienen coffelatos neurales específicos en la codifción. Se registraron los PRE mientras los participantes estudiaban palabras y después estos PRE se clasificaron según: a) si
las palabras se utilizaron más tarde para completar radícales de palabras de tres letras
en una prueba deliberada de memoria y á) si las palabras utilizadas en las terminaciones se recordaban de la lista de estudio. Se compararon los ensayos de estudio en los 'tulpabilid, utilizaron las palabras más adelante sin recordarlas (es decir, "ensayos de aislamiento y los ensayos de estudio en los que se utilizaron las palabras más adelante ), habiéndolas recordado (es decir, "ensayos de recuerdo") con los ensayos de estudio en los que no se utilizaron las palabras más adelante (es decir, "ensayos de olvido").
Los ensayos de co alistamiento implicaron una negatividad inicial (200-450 ms) proveniente de la corteza parietal; los ensayos de tecuerdo implicaron una positividad tardía (900-1200 ms) proveniente de la corteza frontal derecha. Tales datos PRE sugieren que elprocesamiento en la codificacíón tiene un efecto importante sobre el posterior desempeño de la recuperación.
Sería dificil obtener datos como éstos con algún otro método diferente del PRE (a
excepción del MEG)
Detección de mentiras
Otro ejemplo del uso de los PRE toma en cuenta la detección de mentiras. Se sabe am
pliamente que la prueba convencional de polígrafo (detector de mentiras)' que se basa --
en un aumento en la excitación del sistema nervioso periférico, se puede falsear po
varios medios; también es propensa a los falsos negativos, es decir, identifica a personas inocentes con mentirosas.
s. ¿Podrían utilizarse los PRE para detectar el procesamie{lagnetoen.
cognoscitivo de un conocimiento culpable (relacionado con el delito)?
En los componentes tardíos (P300, P400), la clasificación de estímulos Se puede
utilizar para detectar mentiras de una forma no fácil de m"tip"rrt. B. i" iá""" q"4;ü;:';;:"."3
ba de detección de mentiras por conocimienlo culpable, se asume que el conoctmteu¡stíco evocado al de la escena del crimen (p. ej., el color del PaPel tapiz) se clasifica como releva....de la organiza utilizar para detectar mentiras de una forma no fácil de manipular.
En los componentes tardíos (P300, P400), la clasificación de estímulos Se puede
utilizar para detectar mentiras de una forma no fácil de manipular.
Se les podrían presentar tres tipos de estímulos: c) palabras relacionadas con el crimen
estímulos de sondeo); á) palabras no relacionadas con el crimen y desconocidas para el sospechoso (estímulos irrelevantes), y c) palabras no relacionadas con el crimen, pero conocidas para el sospechoso (estímulos blanco). La tarea del sospechoso sencillamente conosiste en contar los estímulos blanco. La pregunta esencial es si el sospechoso categolos eriza los stímulos de sondeo (reactivos de conocimiento culpable) como irrelevante (inunadicando falta de conocimiento) o como estímulos blanco (indicando conocimiento).
Se comparan los patrones de los PRE para estos tres tipos de estímulos a
de realiza¡ una inferencia de inocencia o culpabilidad. Aun si el sospechoso pudiera
los patrones de estos PRE, sería dificil que el conocimiento culpable se pueda clasificar
como "irrelevante" porque los PRE suceden antes de que sean posibles la
activa y las reacciones cognoscitivas; en el mejor de los casos, el sospechoso
intentar distorsionar todas sus respuestas PRE (p ej , mediante la repetición de
en secreto) para confundir los resultados, pero ¿qué razón tendría una persona
inocente para intentar este tipo de engaño?
Se ha encontrado que P300 proporciona una buena medida (indirecta) de la memoria
de reconocimiento (es decir, reconocer un estímulo como algo que se ha presentado coninterioridad dentro del experimento o, por extensión, que se ha visto antes en la escena del crimen)lo que proporciona una manera de diferenciar entre estímulos aprendidos (conocidos) y estímulos no aprendidos (desconocidos) (van Hoof, Brunia y Allen, 1996).
también es útil para detectar la amnesia simulada en pacientes con una psicopatía baja y elevada (Miller y Rosenfeld, 2004).
El componente N400 se evoca por palabras que completan oraciones de manera fal
BOAZ y colaboradores (1991) examina¡on la utilidad del N400 para diferenciar en aquellos entre aquellos que tenían conocimiento de un delito y aquellos que no. Los participantes experimentales vieron una cinta de video en la que se representaba un robo (condición de culpabilidad") o bien se velar escen:rs de la ciudad de Nueva York (condíción de inocencia").
Después, leyeron frases relacionadas con el crimen que contaban con terverdaderas
minaciones o falsas, pero ante las cuales no tenían que proporcionar resalguna.
puesta alguna Los resultados mostraron que se clasificó correctamente a 78%o de los
participantes como culpables o inocentes. Los autores señalaron que los PR-E podrían
.','resultar de utilid¿d en procedimientos de detección de mentiras en la vida real (también véase Neshige e/ a/., 1991).
Las investigaciones con EEG y PRE requieren de un alto nivel de competencia técni-
ca, así como de una considerable invención económica en términos de compra y gastos de operación. A pesar del hecho de que el EEG se desarrolló hace mucho tiempo, se utiliza ampliamente para estudiar el cerebro y tiene un importante papel que representar en la investigación experimental y en el diagnóstico clínico. Con cada vez mayor frecuencia, se le está usando junto con técnicas de neuroimagenología más recientes para proporcionar la elevada resolución temporal que complemente la alta resolución espacial de las técnicas neuroimagenológicas.
Magneto encefalograma
El magretoencefalograma (MEG) es una innovación tecnológica reciente que mide los
campos magnéticos producidos por la actividad eléctrica del cerebro. Al medir el campo
magnético evocado al presentarse un estímulo sensorial específico, es posible deducir
un mapa de la organización funcional del cerebro. Por ejemplo, podría presentarse una
palabra que primero se dirigiría a la corteza usual, después a la corteza frontal para su análisis y después a la corteza motora. El MEG detectaría estas etapas temporales de
procesamiento. Por tanto, la ventaja principal del MEG sobre el EEG es su capacida{
de producir un mapa funcional de la activación c€rebral; al igual que el EEG, pero a diferencia de otras técnicas de neuroimagenologia, elMEG cuenta con una impresionante resolución temporal (en términos de milisegundos).
Así, se puede mapear la difusión ¡t6 la activación a lo largo de la superficie del cerebro desde el primer momento de presentación del estímulo hasta la respuesta final.
En su mayoría, las fuentes del MEG son las corrientes intracelulares (intraden&í-
ticas) que resultan de los potenciales possinápticos (véase el capítulo 4). La diferencia
principal es que, mientras que la cabeza es cas¡ transparente en el caso de los campos
magnéticos, las mediciones de EEG se ven influidas por factores tales como las variaciones en las resistencias del cráneo. Es por esta razón que el MEG es una técnica sensible.
La tecnología que subyace al MEG es compleja y el equipo es muy costoso. En la
figura 10.4 se muestra una unidad de magnetoencefalografia. Las espiras posicionadas
sobre la cabeza del sujeto se deben albergar en una habitación aislada; las espiras se
bañan en helio líquido para alcanzar temperaturas de superconducción de -269'C (esto
permite que el campo magnético del cerebro induzca una corriente en las espiras,lo que
su vez induce un campo magnético en un dispositivo especiallamado dispositivo super:
conductor de interferencia cuántica [SQUID: Superconducting & Quantum
Device]; Cohen, 1972). Incluso un solo cuanto de energía magnética es suficiente
inducir una corriente mensurablen las espiras, haciendo que éste sea el instrumento
sensible conocido por el hombre. El sistema contiene 37 QUIDS o canales de regi
que permiten la determinación de la distribución espacial del campo magnético' la
lución temporal del MEG es impactante a I ms y su resolución espacial es de I mm.
El MEG es de especial utilidad para generar imágenes funcionales del cerebro
do se sosnecha de un trastomo cerebral sin que exista evidencia de anormalidad
mica alguna. Para propósitos de neurocirugía, el MEG se utiliza para realizar un mapa
las cortezas somatosensoriales y motoras (esto es necesario a fin de minimizar el
los sistemas sensorial y motor). También se puede utilizar para detectar la activación
las estructuras subcorticales, aunque la resolución del MEG disminuye a medida
fuente de la señal magnética se encuentra a mayor profundidad dentro del cerebro.
magnetoencefalograma.jpg
Neuroimagenología
La aplicación de las imágenes del cerebro al estudio de procesos normales y anormales una revolucionado la investigación en el campo de la psicologla biológica.
Las técnicasde neuroimagenología les permiten a los investigadores identificar estructura y función y examinar la manera en que ambas estarían de acuerdo con las diferencias en genética, personalidad emoción, cognición y estado psiquiátrico. Es importante señalar que tanto proporcionan una técnica poderosa con la cual estudiar los efectos de las manipulaciones experimentales.
La neuroimagenologla se divide en dos áreas principales: a) imagenología anatómiy
b) imagenología funcional. La imagenología anatómica (también llamada análisis
estructural o volumétrico) se oanpa de la medición de: 1) el tamaño total del cerebro, y
regiones/localizaciones específicas dento del cerebro. A partir de esto, las estructuse
pueden correlacionar con el desempeño psicológico (p. ej., inteligencia general y
volumen total d€l cerebro). En entomos clínicos, la imagenología anatómica se utiliza
para detectar anormalidades (p. ej., tumores), En contraste, la imagenología funcional
se ocupa de la medición de la activación cerebral durante el desempeño de alguna tarea
psicológica; este tipo de neuroimagenología es la que más interés tiene para los bioUn
psicólogos.
Un buen resumen general de la neuroimagenología se puede encontrar en
y Chitnis (2000; el libro discute la neuroimagenología en el contexto del estudio
de la esquizofrenia).
Se presentan los tres tipos principales de neuroimagenologla en orden de su desarroa)
llo: a)tomografía mial computarizada (TAC), b) tonograJía por emisión de positrones
(TEP) y c) imágenes por resonancia magnélica (IRII[).
las neuroimágenes se componen de pixeles y voxeles. Las imágenes se componen
de pequeños cuad¡itos denominados "pixeles" (elementos de imagen), cada uno de los
cuales toma una escala de 1 (negro) a 256 (blanco). Cada pixel representa cerca de I mm de tejido cerebral por cada lado. El grosor de cada imagen ftecuentemente es de 3 a 5 mm, con lo que se crea un elemento aidimensional de volufien o "voxel", que tiene la forma de una caja de zapatos.
Tomografía Axial computarizada.
La tomografia axial computarizada (TAC; tome es la palabra griega para rebanada) se
basa en la bien conocida radiografia. En la figura 10.5 se muestr¿ un apar¿to de tomografia.
Una vez que se coloca la cabeza en el aparato, se dispara un haz de rayos X a
través del cerebro. A medida que estos haces salen del cerebro, se ven obstaculizados
a causa de que el cerebro contiene tejido vivo denso. El tejido muy denso, como el hueso, bloquea los rayos X; la materia gris y el líquido cefaloraquídeo bloquean muchos menos rayos X. La obstaculización oatenuación del paso de los rayos X es lo que proporciona la imagen final.
Los rayos X pierden algo de su energía a causa de su interacción con
los electrones, y el grado de atenuación de la energía depende tanto de la densidad de los electrones dentro dél tejido como de la densidad real del tejído mismo. La TAC proporciona un contraste relativamente deficiente de la materia blanca (fibras nerviosas) y gris (núcleos celulares); a fin de mejorar el contraste, s€ inyecüa yodo en el torrente sanguíneo (éste absorbe r¡na mayor cantidad de rayos X), lo que resulta especialmente útil para contrastar los vasos sanguíneos y el tejido cerebral circundante (p. ej., en la angiografia TAC, que se utiliza para medir el rompimiento de los vasos sangulneos).
tomografia-axial-computarizada.jpg
Tomognfia por emisión de positrones (TEP)
La tomognfia por emisión de positrones (TEP) no mide el volumen de las eshucturas
rebrales; mide la activid¿d metabólica y el flujo de sangre del cerebro, así como la
dad y ñmción de los receptores de neurotransmisores. En Ia TEP, la actividad
cerebral se mide a tr¿vés de la metabolización de la glucosa (la glucosa proporciona
energía que el cerebro necesita durante el procesamiento) contenida en el flujo
cerebral regional (FSCr).
La TEP utiliza una sustancia radiactiva que se vincula va sea a una sustancia
normal (p. ej., glucosa) o a algún fármaco (en el caso de estudios de enlaces de
tores). Cuando se le clasifica con un químico emisor de positrones se le conoce
marcador radiactivo. Este marcador se inyecta en el torrente sanguíneo, do¡de cun
barrera hematoencefiílica y circula dentro de la vasculatura cerebral (sistema
del cerebro). A medida que se degrada, el marcador emite positrones, que interactúan
los electrones circundantes para producir dos fotones de rayos gamma. El equipo TEP
cuenta con una serie de sensores que rodean la cabeza y detectan estas emisiones lo único que se registra como señal es la llegada simultánea de dos fotones a sensores opuestos y estos permiten la localización de las emisiones, ya que la reacción debe haber sucedido en línea entre los dos sensores. Una reconstrucción computarizada provee la imagen tomográfica de la distribución del marcador. El equipo en si es muy parecido al equipo de IRM (véase adelante), pero su funcionamiento es completamente distinto
Neuroquímica
La ventaja de la TEP es su capacidad de cuantificar los receptores de neu¡otransmiso.
res y visualizar los sitios de acción de los fármacos, además de que la medición de la
metabolizar de la glucosa cerebral y el flujo sanguíneo cerebral regional se pueden
utilizar para estudiar la actividad del cerebro en reposo o pan mapear la activación cerebral durante tareas cognoscitivas y motoras. Si consideramos las desventajas, utiliza sustancias radiactivas, por lo que la exposición a la radiación es un factor importante en su uso a largo plazo.
La TEP ha resultado enomiemente ritil en la oomprensión de la química del cerebro
en la investigación de los efectos de distintos fármacos sobre la química cerebral.
En el caso de fármacos, una TEP implica la inyección de un marcador radiactivo que tiene una elevada afinidad y especificidad para el receptor bajo estudio (p. ej., dopamina).
A medida que marcador üaja a lo largo del cerebro, se enlaza con sus receptores afines. Las emisiones de la sustancia radiactiva (ligando) a lo largo del tiempo se pueden medir y localizar para dar una indicación de dónde se esüí enlazando la sustancia y con qué fuerza.
.De manera altenativa esta técnica se puede utilizar para estudiar el sitio de acción
de los fármacos. Si a un individuo se le administra un rnedicamento que selectivamente
bloquea los receptores de la dopamina D, y después se le realiza una TEP con racloprida (un ligando del receptor Dr), entonces el individuo mosF¿rá una reducción de enlaces del ligando, ya que algunos de los receptores D, ya estarán ocupados por el fármaco. La TEP tiene una resolución espacial de 3.5 mm.
La glucosa es la fuente principal de energía para las neuronas. Un metabolismo anor
mal la glucosa indica una patología subyacente que se puede detectar. El metabolisregional de la glucosa se puede analizar por medio de la TEP durante un estado de reposo o bien durante la realización de alguna tarea cognoscitiva, mediante la monitorización de las emisiones del marcador a medida que se metaboliza. Se generan imágenes procesadas por computadora que utilizan colores para indicar el grado de metabolización de la glucosa.
La TEP es conveniente para la evaluación de la distribución de receptores en el cerebro
y para la medición del flujo sanguíneo cerebral durante evaluaciones neuropsicológicas.
Así también, es posible realizar una localización anatómica mejorada de la actividad
cerebral superponiendo la información obtenida mediante una TEP sobre las IRM.
Las desventajas incluyen una resolución espacial y temporal baja cuando se le compara con la IRM además del uso de sustancias radiactivas, que limitan las exploraciones repetidas
Imagen de resonancia Magnética
La imagen de resonancia magnética (IRM) es una técnica de punta para la exploración
anatómica y funcional. Ha abierto toda una nueva manera de estudiar las estructuras y
funciones cerebrales y, de manera específica, nos permite ver la actlvación del cerebro
durante la realización de tareas mentales, incluyendo pensamientos, sentimientos, juicios, decisiones, etc. Primero se discutirá la IRM anatómica antes de analiza¡ sus capacidades funcionales.
La imagen de resonancia magnética se introdujo a mediados de la década de 1980.
Su popularidad se debe a su poder imagenológico ya su naturaleza no invasiva; ns ha,
necesidad de inyectar marcadores radiactivos en el tor¡ente sanguíneo 1y lot.umpos
magnéticos no tienen riesgos conocidos). A inicios de la década de 1990, alca¡á su
máximo potencial en la evaluación de la relación entre estructura y función. El equipo
IRM es costoso de adquirir y operar , pero ahora se encuentra ampliamente disponible
en la práctica clínica y para la investigación de punta en neurociencias. Se muestra una
habitación de resonancia magnética en la figura 10.6.
Elementos básicos de la IRM
En términos segcillos, el cuerpo contiene átomos de hidrógeno (protones) que actuaa
como pequeños, imanes, cada uno con un pequeño campo magnético bipolar (polos norte y sur). El equipo de resonancia magnética consiste en un imán poderoso. Cuando la cabeza se coloca dentro de este imán, los protones se alinean con el eje del imán, todos en la misma dirección. La resonancia magnética funciona descargando una onda de ndiofrecuencia (RF) hacia estos átomos: esto ocasiona oue los átomos emDlecen a rotar y, a medida que regresan a su orientación norte-sur dentro del campo magnético, emiten ondas de radio que se pueden detectar. El truco es que en cada tejido diferente del cuerpo los átomos rotan a diferentes velocidades, de modo que cada tejido se puede diferenciar en el equipo y añadirse a la representación general para construir la imagen final.
La señal de la RM se puede localizar para producir imágenes de cortes del cerebro
por medio de la aplicación de un pulso de radiofrecuencia que sólo excite a los protones
de u¡a-sola sección. En-la actualidad es posible obtener cortes de 1 mm de la totalidad
del cerebro.
Las ventajas de la resonancia magnética son una excelente resolución espacial que
permite la visualización de estructuras en la orofundidad del cerebro oue no son visibles
con otras técnicas. Las limitaciones incluven la naturaleza enclaustrada del escáner y el ruido que produce, lo que puede inducir sensaciones de claustrofobia en algunos individuos. El costo del equipo es elevado, como también lo son los costos de operaciónes.
Superior a la TEP en cuanto a que ofrece la oportunidad de mapear funciones cognoscitivas un a un grado neuroanatómico exhemadamente preciso, lo que ayuda a identificar las estructuras y redes funcionales de los procesos normales asl como de los patológicos.
La volumétrica basada en IRM es una tecnología bien establecida con un rango enorme de aplicaciones mentación potenciales para la medicina y las neurociencias humanas (la firnday aplicaciones de esta tecnología se describen en Cavines s et al ., 1999). Comot ejemplo de una IRM anatómica, considere un estudio que se llevó a cabo para localizar la base neural de los movimientos oculares sacádicos (véase el capítulo 9). Se realizó una exploración de 17 pacientes utilizando imagen de resonancia magnética y posteriormente se analizaron las ímágenes en cuanto a ciertas regiones de interés (RDI).3 Se examina ron las áreas prefrontales y premotoras, el tálamo y el vermis del cerebelo, además de que se midió el volumen total del cerebro. Se evaluó el movimiento ocular en diferentes puntos temporales. Posteriormente, se correlacionaron el desempeño en la tarea sacádica y el de estas áreas (en el modelo de regresión se controló el volumen total del cerebro porque el tamaño de una región específica se correl¿ciona parcialmente con el tamaño total del cerebro. Sólo se encontró una asociación significativa con el desempeel vermis cerebelar (Ettinger et a1.,2002). Aunque este resultado es consiscon tente el papel del cerebelo en el movimiento motor fino (véase el capítulo 5), existen varias explicaciones para este hallazgo: las diferencias de tamaño podrían relacionarse con la glía, con las neuronas o con las conexiones neurales. Las correlaciones tamaño función no necesariamente implican que la región identificada es el principal lugar de los efectos del desempeño. Por esta razón, se requiere de la IRM funcional para mostrar las regiones que muestran activación durante la realización de una tarea psicológica
IMAGEN DE RESONANCIA MAGNËTICA FUNCIONAL
La Psicología biológica ha pasado por una revolución en los últimos 10 años en el uso
de la resonancia magnética para explorar procesos psicológicos en marcha dentro del
cerebro. Ahora, examinemos la imagen de resonancia magnética funcional (IRMf).
Sin duda, la imagen de resonancia magnética funcional es uno de los avances más importantes en la neurociencia psicológica y psiquiátrica. Con una resolución espacial exceIente de hasta I mm y una resolución temporal de un segundo o menos, es muy superior a la TEP en cuanto a neuroimagenología fi¡ncional. Puede mapear funciones cognoscitivas relacionándolas con estructuras neuroanatómicas muy precisas, lo que ayuda a identificar Las reacciones estructura-función normales, así como las relaciones estructura-función anormales en la psicopatologla. Buxton (2002) proporciona una buena introducción
Procesos neurofisiológicos de la IRM
¿Qué procesos neurofisiológicos dan lugar a la señal IRM? En otras palabras, ¿qué es lo que mide la IRM?
La IRMf detecta regiones de actividad neuronal por medio del monitoreo de los
itiveles de oxigenación sanguínea: la imagenplogía dependiente del nivel de oxigenación
sanguínea @NOS) es la forma más común de resonancia magnética funcional.
Esta técnica depende de la suposición de que a medida que aumenta la actividad neural, también lo hace el dujo de sangre oxigenada a esa región en particular. Debido a que la irrigación de sangre oxigenada sobrepasa la demanda de oxígeno, es posible detectar el exceso en la cantidad de sangre oxigenada en comparación con la sangre desoxigenada.
El cambio resultante en la proporción entre desoxihemoglobina y oxihemoglobina
ocasiona el aumento que se observa en la señal de resonancia magnética: esto funciona como marcador indirecto de la activación y, por lo tanto, de la función. La señal se mapea sobre la exploracón anatómica del sujeto. Los datos se pueden combinar entre sujetos para proporcionarlmágenes promc,liadas por grupo que se mapean sobre coordenaadas neurológicas estándar
Como se señaló antes, cuando se colocan dentro de un poderoso campo magnético.
los átomos de hidrógeno se alinean con dicho campo y cuando se aplica un pulso ¿s
radiofrecuencia (RF), esta alineación se altera. Después de que se elimina el pulso, l¡g
átomos regresan a su posición original. El tiempo que los átomos toman pam regresar a esta posición inicial se ve afectado por el tipo de tejido circundante y por las propiedades magnéticas del mismo: es esta diferencia de tiempo (denominada tiempo de relajación) la que permite que se capturen las imágenes de las propiedades diferenciales del tejidos
Este efecto se puede relaciona¡ con la oxigenación de la sangre en el caso de la IRM¡.
La activación de un área específica del cerebro se acompaña de un aumento en
flujo sanguíneo. La sangre oxigenada y la no oxigenada tienen propiedades
diferentes, de modo que la sangre oxigenada en las áreas activas conduce a
tiempos de relajación, lo que produce señales más poderosas de tales regiones
La señal es dependiente de los cambios en niveles de oxigenación sanguínea: éste es
efecto DNOS.4
Diseños de investigación
La mayoía de los estudios IRMf utilizan un diseño de investigación de bloques
comprende el uso de bloques altemantes (p- ej., una serie de los mismos ensayos)
condiciones expeiimentales. Por ejemplo, es posible que el investigador esté
en localizar las áreas ce¡ebrales que participan en el procesamiento emocional.
presentar bloques de tres tipos de caras: a) caras lo que expresan temor; ó) caras que
expresan desagrado, y c) caras neutrales. Si observaron los patrones de activación para tipo de estímulo en forma separada, sencillamente estaría observando Ia activación
del cerebro; tanto Ia relacionada con cada expresión facial específica, así como la
cionada con todo lo demás que estuviese sucediendo dentro del cerebro: esto no sería
lo más informativo. La IRMf utiliza un método sustractivo: se asume oue la
durante todas las exploraciones es idéntica aparte de aquellas áreas implicadas en
experiencia emocional específica. Según esta lógica sustractiva, si restan a) la
ante la cara atemorizada de la activación ante las caras neutrales y, por otro [ado, ó)
activación ante las caras de desagrado de la activación ante las caras neutrales,
con la activación específica ante el temor y el desagrado, respectivamente.
Utilizando una técnica sustractiva de diseño de bloques, la percepción
las caras atemorizadas (vs. las caras neutrales), presentadas a un nivel de conciencia
va, provocó la activación dela amígdala (que se sabe está implicada en el
del temor; LeDoux,2000); la percepción consciente de la expresión facial de
(vs. el control) activó una región cerebral distinta, conocida como ínsula (Phillips et
1997,1998a, b). Este patrón de efectos se conoce como disocíación doble.
Como se discutió en el caoítulo 8. se observa una dlsociación doble cuando se
demostrar que la activación de la región cerebral X, se relaciona sólo con la función
y que la activación del área cerebral X, se relaciona únicamente con la función Y2
no se relaciona con Y ry X2 no se asocia con Y,). Dado este patrón de efectos, se
tener una confianza razonable en la afirmación de que esto no refleja un efecto
zado en el que X, y X2 están activando Y, a Y, o a algún otro elemento (p. ej.,
de la tarea); estas posibilidades no se podrían descontar con luna disociación
donde un área X se relaciona con la funciónA, pero ni la B (no sería posible concluir
la función B esÍl mediada por otra área cerebral).
Un desarrollo en la IRM| es laIRMf relacionada con eventos, que implica la meü-
ción del carnbio de la señal (activación) que resulta a palir de un ensayo o presentación
de estímulo único (en lt:,gar de un promedio a partir de un bloque de ensayos); esto da
lugar a diseños experimentales mucho más sensibles. Con los desanollos tecnológicos futuros se espera que la IRMf logre tener resoluciones temporales mayores, realizando mediciones en milisegundos más que en segundos. Una vez que esto se haya logrado, la neuroimagenología y la electrofisiologla (EEG y MEG) se podrán combinar para crear una sola herramienta de investigación, aunque es posible que se sigan utilizando estas.
Ventajas y desventajas de Ia IRMf
La imagen de resonancia magnética fi¡ncional es no invasiva y segu:u por lo general,
no requiere del uso de radiactividad (aunque en ocasiones sí es necesaria a fin de intensificar resolución espacial) y utiliza la propia respuesta hemodinámica del cerebro a la actividad neural como marcador endógeno. Siendo esto asl, las exploraciones repe tidas no representan ur problema. La descripción de la neuroanatornla funcional de los procesos psicológicos ofiece un marco para investigar los efectos de los tratamientos
farmacológicos se pueden medir los cambios en función antes y después del tratamiento medicamentos; esto resulta de especial importancia para la psiquiaüfa, ya que se puede medir la activación cerebral en padecimientos tales como la esquizoftenia en pacientes individuales para garantizar que estan recibiendo la terapia farmacológica óptima para su padecimiento específico. Otra implicación clínica es que la exploración longitudinal permite que se midan los cambios en función cerebral a lo largo del tiempo: esto ofrece información vital acerca del progreso de enfermedades neurológicas e indica el camino para realizar intervenciones terapéuticas novedosas.
En la práctica clínica, la IRMf se utiliza paru localizar f'tnciones cerebrales en paque
pacientes que padecen de hrmores o epilepsia y que son candidatos a cirugía. Es importante asegurar que la extirpación del h¡mor no ocasione deficiencias posoperatorias; la IRMf permite que se lleve a cabo un mapeo de funciones cognoscitivas y motoras a fin de identificar las regiones que deben evitarse y las funciones que posiblemente estén en riesgo a causa de la cirugla.5 Por lo general, antes de que se somet¿n a cirugía por epilepsia, 'se examina a los pacientes a fin de deiermina¡ el hemisferio dorninante para el lenguaje; antes,. esto se lograba anestesiando cada hemisferio por separado y realizando pruebas neurofisiológicas (como se discutió en el capítulo 3, Wilder Penfreld llevó a cabo procedimientos a cerebro abierto para estimular regiones corticales y así activar funciones
sensoriales, rnotoras y cognoscitivas)
Espectroscopia por resonancia magnética (ERM)
La espectroscopia por resonancia magnética (ERM) se utiliza para el estudio de la neuroquímica.
Mientras que la TEP proporciona información acerca de los receptores de
neurotransmisores, la ERM proporciona información acerca de los metabolitos de una
variedad de sustancias que se encuenhan involucradas en los procesos bioquímicos bá-
sicos (se puede utilizar para estudiar aminoácidos, neurotransmisores y sus metabolitos, y compuestos implicados en los procesos energéticos del cerebro; también se utiliza para el estudio del metabolismo de la membrana neuronal y es de especial utilidad en la farmaco cinética y farmaco dinámica de distintas drogas).
Es posible estudiar la neuroquimica porque la señal emitida durante la relajación
ofrece un espectro que exhibe la intensidad de distintas entidades químicas y el cambio
en frecuencia resonante ----En partes por millón (ppmf. El anbiente químico afecta las señales emitidas, permitiendo, de esta manera, la construcción de un especho por ENrl
(es decír, una alteración química).
Electroscopía por infrarrojo cercano funional EICI
la imagenología óptica del cerebro utiliza una técnica infrarroia de manera no invasiva
para medir los cambios hemodinámicos (es decir, oxigenación y volumen sanguineo)
que suceden durante tareas cognoscitivas (Villringer y Dirnagl, 1997). Se restringe a la
medición de la actividad cortical -por lo general, de la corteza prefrontal- y no tiene
la capacidad para proporcionar imágenes funcionales de la actividad de áreas más profundas del cerebro.
Durante el aumento en la actividad cerebral, el flujo sanguíneo cerebral regional (FSCR) se eleva y este flujo sanguíneo, que excede la elevación del consumo de oxígeno conduce a un incremento en la oxigenación de la hemoglobina. La hemooxigenada
globina y la desoxigenada tienen propiedades ópticas características en los espe
ctros luz visible e infranojo cercano. De hecho, el tejido cerebral es relativamente
transparente a la luz en el rango infrarrojo cercano (ésta es la ventana óptica;700 ).
EL equipo consiste en fuentes luminosas y detectores de luz y, a diferencia de otras
técnicas de neuroimagenología, es portátil. Por lo tanto, se puede utilizar en ambientes
con limitaciones de espacio (p. ej., ambientes con gravedad alterada, centrífugas, naves espaciales y estaciones espaciales) y tiene aplicaciones militares en los casos en que se deben realizar evaluaciones del desempeño cognoscitivo bajo condiciones ambientales extremas (p. ej., pilotos de guerra en acción).
Ultrasonografìa Doppler transcraneal funcional (U DTCf)
La ultrasonografia Doppler transcraneal firncional utiliza el sonido, en lugar de la luz,
para evaluar la actividad funcional de la corteza: A pesar de que no es invasiva y de que
é! económica" esta técnica sufte de uná mala resolución espacial. Se coloca una tira de sensores sobre la corteza fiontal y se miden las propiedades sonoras de la activación Cortical (velocidad del flujo sanguíneo). En un estudio (Vingerhoets, Berckmoes y Stroobant, 2003), se midió la velocidad del flujo sanguíneo (VFS) en las arterias cerebrales de 36 participantes diestros que escuchaban grabaciones de actores que pronunciaban oraciones con significados felices, tristes, enojados, temerosos y neurales, utilizando tonos de voz que fueran neutrales o emotivos (los tonos emocionales podían ser congruentes o incongruentes con el significado de las oraciones).
Se pidió a los participantes que informaran ya fuera del significado de la oración o bien del tono de voz. Por medio de la UDTCf, se encontró'que el hemisferio izquierdo presentaba la misma activación cuando los participantes atendían al tono o al significado (el "qué" de la emoción); embargo, el hemisferio derecho se activaba más cuando prestaban atención al tono voz (el "cómo" de la emoción). Este estudio sugiere que el hemisferio derecho es importante en el procesamiento del tono emocional, mientras que el hemisferio do es más importante en la evaluación del significado emocional (semántica).
