Primeras mediciones no invasivas de señales cerebrales rápidas

El procesamiento de la información dentro del cerebro es uno de los procesos más complejos del organismo. La alteración de este procesamiento suele provocar graves trastornos neurológicos. El estudio de la transmisión de señales en el interior del cerebro es, por tanto, fundamental para entender un sinfín de enfermedades. Sin embargo, desde el punto de vista metodológico, plantea grandes retos a los investigadores. El deseo de observar las células nerviosas del cerebro funcionando "a la velocidad del pensamiento", pero sin necesidad de colocar electrodos en el interior del cerebro, ha dado lugar a la aparición de dos técnicas de alta resolución temporal: la electroencefalografía (EEG) y la magnetoencefalografía (MEG).

Como todas las corrientes eléctricas, las de la actividad cerebral generan campos magnéticos. Sin embargo, el campo magnético total del cerebro es aproximadamente mil millones de veces más débil que el campo magnético de la Tierra y mide apenas unos femtoteslas. La magnetoencefalografía se utiliza para medir las señales neuromagnéticas producidas cuando los impulsos eléctricos del cerebro se mueven dentro o entre las células.

Tanto la electroencefalografía como la magnetoencefalografía permiten visualizar la actividad cerebral desde fuera del cráneo. Sin embargo, mientras que los resultados de las corrientes lentas son fiables, los de las corrientes rápidas no lo son.

Las corrientes lentas (conocidas como potenciales postsinápticos) se producen cuando las señales creadas por una célula nerviosa son recibidas por otra. El subsiguiente disparo de los impulsos (que transmiten la información a otras neuronas o a los músculos) produce corrientes rápidas que duran apenas un milisegundo. Son los llamados potenciales de acción. "Hasta ahora, solo habíamos podido observar las células nerviosas mientras recibían información, pero no cuando la transmitían en respuesta a un único estímulo sensorial", explica el Dr. Gunnar Waterstraat del Departamento de Neurología de la Universidad Médica de Berlín (Charité) en Alemania.

Bajo la dirección del Dr. Waterstraat y del Dr. Rainer Körber del PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) en Alemania, un equipo de investigadores ha sentado las bases necesarias para cambiar esta situación. El grupo de investigación interdisciplinar ha conseguido perfeccionar la tecnología de la magnetoencefalografía hasta volverla tan sensible que permite detectar incluso las oscilaciones cerebrales rápidas producidas en respuesta a un único estímulo sensorial.

Por vez primera, se ha podido demostrar que las oscilaciones cerebrales rápidas medidas de forma no invasiva muestran una variabilidad significativa de un estímulo a otro (filas), tanto en lo que respecta al momento en que se producen los sucesivos potenciales de acción (desplazamientos en las bandas verticales azules y rojas) como en lo que respecta a su fuerza (intensidad del color). (Imagen: Charité / Gunnar Waterstraat)

Los investigadores lo lograron al reducir significativamente el “ruido” del sistema producido por el propio dispositivo de magnetoencefalografía. Los sensores de campo magnético del interior del dispositivo se sumergen en helio líquido, para enfriarlos a 269 grados centígrados bajo cero. Para ello, el sistema de refrigeración requiere un complejo aislamiento térmico. Este aislamiento consiste habitualmente en láminas recubiertas de aluminio que producen ruido magnético y, por tanto, enmascaran pequeños campos magnéticos como los asociados a señales de las células nerviosas.

Ahora, el equipo de Waterstraat y Körber ha modificado el diseño del aislamiento de forma que este ruido ya no sea medible. De este modo, se ha conseguido aumentar la sensibilidad de la magnetoencefalografía en un factor de diez.

Con estas mejoras técnicas, ahora será posible hacer cosas que antes eran imposibles, tanto en el campo médico como en el del estudio de cerebros normales. Algunas de las consecuencias podrían ser mejores tratamientos para trastornos neurológicos como el de Parkinson y la epilepsia, dos ejemplos de dolencias que están vinculadas a perturbaciones en la señalización cerebral rápida. "Gracias a esta tecnología de magnetoencefalografía optimizada, nuestra caja de herramientas de neurociencia ha ganado una nueva y crucial herramienta que nos permitirá aclarar muchas cuestiones de manera no invasiva", afirma el Dr. Waterstraat.

Waterstraat y sus colegas han publicado los detalles técnicos de su avance en la revista académica PNAS, con el título “Noninvasive neuromagnetic single-trial analysis of human neocortical population spikes”. (Fuente: NCYT de Amazings)