Magnetoencefalografía,
su papel en la neurociencia moderna


Magnetoencefalografía,
su papel en la neurociencia moderna
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A pesar de que Hipócrates, entre los siglos V y IV a. C., ya hablaba del cerebro como el órgano responsable de los procesos cognitivos y emocionales del ser humano, fue hasta finales de 1960 que la neurociencia empezó a considerarse formalmente una disciplina que, en la actualidad, definimos como la disciplina que une distintos campos relacionados con el estudio del sistema nervioso, desde su biología molecular hasta las bases biológicas que determinan el comportamiento de las personas, así como sus enfermedades y trastornos cerebrales.

La neurociencia es uno de los campos de investigación con mayor crecimiento en la actualidad, debido a la gran cantidad de herramientas disponibles para medir y registrar la actividad cerebral. Así mismo, el rápido incremento en la capacidad de procesamiento computacional ha permitido analizar grandes cantidades de información obtenida a partir del cerebro, lo que ha dado como resultado una mayor comprensión de los procesos subyacentes originados en éste.

Los registros de la actividad eléctrica del sistema nervioso, o actividad neuronal, pueden ser obtenidos mediante distintos métodos: los invasivos y los no–invasivos. Los primeros son aquellos en los cuales es necesario someter al paciente a una o varias cirugías para insertar sensores dentro de su cuerpo, de forma que éstos capten las señales eléctricas del sistema nervioso, mientras que, en los métodos no–invasivos, los sensores no requieren tener una interacción tan directa con el paciente.
     Los primeros registros de actividad cerebral que condujeron al desarrollo de las diversas técnicas no–invasivas usadas en la actualidad fueron obtenidos por Richard Caton, en 1875, y por Hans Berger, en 1929.1 Sus descubrimientos permitieron obtener registros de los tres procesos principales que ocurren dentro del cerebro: la señalización neuronal, el metabolismo de las neuronas y el flujo sanguíneo cerebral. Estos registros, realizados mediante técnicas no–invasivas, proporcionaron un mejor entendimiento del cerebro, ya que permitieron medir la actividad cerebral en escenarios en los cuales no era posible obtenerla mediante métodos invasivos. En la actualidad, las contribuciones de Caton y Berger han permitido una mayor comprensión de la organización funcional del cerebro, la cual ha sido uno de los problemas más relevantes para la neurociencia, durante los últimos 100 años (figura 1).

Tres de las técnicas modernas más utilizadas para medir la actividad cerebral de forma no invasiva son la Electroencefalografía (EEG), la Magnetoencefalografía (MEG) y la Imagen por Resonancia Magnética funcional (IRMf). La primera es una técnica desarrollada como resultado de estudios realizados por Caton y Berger, y es utilizada para medir, en la superficie de la cabeza, campos eléctricos generados por los procesos de señalización cerebral, es decir, los que permiten el flujo de
información entre neuronas en forma
de impulsos eléctricos.
     La magnetoencefalografía es una técnica basada en el trabajo implementado por David Cohen, en 1968, quien demostró que era posible medir fuera de la cabeza campos magnéticos generados por los mismos procesos cerebrales responsables de la generación de voltajes electroencefalográficos.
     La técnica de imagen por resonancia magnética funcional se basa en los estudios realizados por William James, en 1890. Ésta genera imágenes de la actividad cerebral funcional a partir de la medición de cambios en el flujo sanguíneo del cerebro (figura 2).


     Las técnicas mencionadas previamente tienen características similares, pero, también, marcadas diferencias causantes de que cada técnica o el conjunto de varias resulte más efectivo en estudios específicos. Existen dos características utilizadas para definir las aplicaciones de los registros: la resolución temporal y la resolución espacial. La primera alude al espacio mínimo de tiempo en el cual es posible obtener información de un proceso, mientras que ‘resolución espacial’ es la precisión con la cual es posible enfocar un objeto en cierto espacio que, en el caso del cerebro, se refiere a la zona de registro de la actividad neuronal.
     En tal sentido, las técnicas de EEG y de MEG muestran muy buena resolución temporal, pero una pobre resolución espacial, mientras que la IRMf ofrece una buena resolución espacial, pero no así temporal. 
     En los registros MEG, las mediciones no son influenciadas por las diferentes capas de tejido que cubren el cerebro, en contraste con las mediciones EEG, en las cuales, incluso, el cabello puede afectar los registros. A su vez, en EEG se puede medir la actividad cerebral generada en cualquier parte de la corteza cerebral, mientras que MEG posee una mayor sensibilidad a las corrientes neuronales tangenciales a la superficie del cerebro.1

El primer registro de campos magnéticos fuera de la cabeza, generados a partir de corrientes neuronales, fue realizado por David Cohen, utilizando una bobina convencional compuesta por dos millones de vueltas. Desde entonces, y durante los últimos 30 años, la forma en la que se registra los campos magnéticos ha cambiado significativamente.

     El sistema de adquisición de mag-netoencefalografía moderno consiste en: a) un arreglo de dispositivos su-perconductores de interferencia cuán-tica (SQUID, por sus siglas en inglés) que permite medir campos magnéticos con muy pequeñas amplitudes, b) un bloque de enfriamiento que contiene nitrógeno líquido (NL2), necesario para mantener los dispositivos semiconductores en estado de conducción óptimo, y c) un cuarto blindado utilizado para reducir los efectos de campos magnéticos externos que puedan causar interferencias significativas en las mediciones (figura 3).
     Los estudios de MEG pueden ser implementados de dos formas: observando las señales obtenidas a través de sensores en los cuales se mide los campos magnéticos, lo que conocemos como problema hacia adelante —es decir, la medición de campos magnéticos fuera de la cabeza, generados por las corrientes neuronales—; y analizando regiones específicas en el cerebro en las que tienen origen las corrientes neuronales: el llamado problema inverso, que consiste en encontrar las corrientes neuronales responsables de la generación de los campos magnéticos medidos.
     Los registros MEG pueden ser utilizados para realizar diferentes tipos de estudios: desde la medición de efectos causados por estímulos auditivos, visuales y motores, hasta el análisis de conectividad cerebral funcional y efectiva; es decir, el análisis de las relaciones existentes entre la actividad neuronal localizada en diferentes áreas del cerebro, generada por diferentes respuestas relacionadas con un mismo estímulo. 
     Las bondades que presentan los datos MEG2 permiten dejar a un lado problemas como la reducción en amplitud de la señal medida, debido a la resistencia creada por las diversas capas de tejido en la cabeza, en el caso de señales EEG; o debido a la falta de información por el tiempo de espera necesario para poder adquirir datos del cerebro (resolución temporal) en el caso de imágenes IRMf. Desafortunadamente, otros problemas persisten, como la propagación de señales MEG fuera de la cabeza, lo cual permite que una señal del cerebro sea medida en diferentes lugares al mismo tiempo, incrementando la dificultad para determinar el lugar exacto del cerebro en el que fue generada esta señal (problema inverso). En la actualidad, existe un desarrollo constante de técnicas enfocadas en reducir los problemas mencionados (figura 4).

En este país, la investigación basada en la magnetoencefalografía es bastante limitada, debido a la falta de sistemas de adquisición de datos disponibles para los médicos e investigadores, en comparación con países como Japón, Estados Unidos y Reino Unido, donde existe una gran cantidad de centros de investigación dedicados a esta rama de la neurociencia. Una de las razones es el costo elevado de los sistemas MEG, ya que éstos pueden alcanzar hasta 25 veces el precio de un sistema de adquisición de EEG. 

     A pesar de que el uso de datos MEG no es tan popular en México, existe evidencia sobre científicos trabajando con magnetoencefalografía para el estudio del síndrome del miembro fantasma,2 así como en el uso de filtros espaciales de conformadores de haces (beamformers) aplicados a datos MEG,3 la cual es una técnica de procesamiento de señales que permite determinar el lugar donde fueron generadas las señales del cerebro.
     Los científicos mexicanos que deseen incursionar en esta clase de estudios pueden apoyarse en la extensa comunidad internacional que se encuentra en países como Reino Unido, Estados Unidos, Canadá, Japón,  Alemania y Francia, con la cual es posible entablar ligas de colaboración. Se puede decir que, a pesar de la poca disponibilidad que existe para trabajar con los sistemas MEG, su utilización en el futuro parece factible, pues el número de científicos que ha apostado a la investigación basada en datos MEG ha ido en aumento en los últimos años.

José Alfonso Sánchez De Lucio

Es Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones por el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey, campus Monterrey. Maestro en Ciencias en Ingeniería Electrónica, con especialidad en Sistemas Electrónicos, por el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey, campus Monterrey y Doctor en Filosofía en Ingeniería Electrónica, con especialidad en Neuroimagen, por la Universidad de York, Reino Unido. Actualmente, es asistente en Investigación en el Centro de Neuroimagen de la Universidad de York.

Zaira Pineda Rico

Es Ingeniero Electrónico por la Universidad Autónoma de San Luis Potosí; Maestra en Ciencias en Ingeniería Electrónica, con especialidad en Sistemas Electrónicos, por el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey, campus Monterrey y Doctora en Filosofía en Ingeniería, con especialidad en Biomédica, por la Universidad de Leicester, Reino Unido. Actualmente, es profesor investigador en la Coordinación Académica Región Altiplano de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. 

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