Técnicas de investigación en neurociencias

8 julio, 2019
Este artículo fue redactado y avalado por el psicólogo Francisco Roballo
¿Cómo conocemos el funcionamiento de nuestro sistema nervioso? Existen diversas maneras de explorar nuestro cerebro. Hablamos de los instrumentos más importantes que nos ayudan en esta tarea.

Las técnicas de investigación en neurociencias son muy importantes, de manera especial si tenemos en cuenta lo que esperamos en los próximos años de esta ciencia. Hasta hace no mucho, cuando las técnicas de neuroimagen eran solo un sueño, comprobar la realidad de algunas teorías sobre el sistema nervioso era complicado/imposible.

En 1988, el médico español Santiago Ramón y Cajal describió la morfología de las neuronas a través de un complejo sistema de tinción. Desde ese momento se han sucedido diversos hitos en la neurobiología, como el descubrimiento del electroencefalograma (EEG) o la clasificación de los ritmos biológicos del cerebro.

¿Qué es una herramienta de investigación en neurociencias?

Las herramientas de investigación en neurociencias son dispositivos que permiten estudiar el sistema nervioso. Las llamadas técnicas de neuroimagen se utilizan tanto para fines clínicos como académicos. Así, estas herramientas permiten abordar el sistema nervioso desde cuatro enfoques:

  • Funcional: describe el funcionamiento del sistema nervioso, por ejemplo, a través de los flujos o el grado de activación de diversas zonas.
  • Estructural: brindan información anatómica sobre el cerebro u otras estructuras del sistema nervioso.
  • Eléctrico: técnicas que brindan información sobre la actividad eléctrica del sistema nervioso.
  • Estimulación: herramientas basadas en la estimulación no invasiva del cerebro.

Cerebro iluminado

Técnicas de neuroimagen estructural

Dentro de las técnicas estructurales especializadas en brindar información anatómica, la más básica y utilizada es la radiografía. Esta técnica consiste en la emisión de rayos X; en función de la densidad del tejido, provoca la proyección de una imagen diferente sobre la placa fotográfica. Finalmente, tenemos dos tipos de radiografías:

  • Radiografía común. Se utilizan solamente rayos X. Comúnmente utilizada para obtener información de los huesos que rodean al sistema nervioso, en caso de fracturas.
  • Radiografía de contraste. Se emplea con el mismo método de rayos X, pero ingresando un catéter por la arteria femoral. Este contraste hiperdenso permite detectar alteraciones vasculares.

Tomografía Axial computarizada

Hablamos del famoso escáner en forma de tubo. Esta técnica se basa en la emisión de los rayos X desde diversas direcciones, otorgando una imagen más acabada y en diversos niveles de corte. Es una técnica rápida y de bajo coste que permite detectar tumores, aneurismas y hemorragias. Por otro lado, la radiación emitida no es buena para el cuerpo y su definición no es tan elevada como la de otras técnicas.

Resonancia magnética

Esta técnica de investigación en neurociencias permite recoger imágenes del interior del cuerpo con elevada resolución y de forma segura; uno de los pocos cuidados que hay que tener a la hora de utilizarla es que es incompatible con implantes metálicos. Se basa en el fenómeno de resonancia magnética nuclear, donde el aparato registra las señales de radiofrecuencia emitidas por los átomos de hidrógeno, anteriormente sometidos a un campo magnético.

Los átomos de hidrógeno están presentes en gran cantidad en el cuerpo, por lo que es una técnica de alta resolución y sin efectos nocivos al no utilizar radiación. Por otro lado, tiene un elevado coste.

Tractografía

Es una herramienta que utiliza la resonancia magnética para evaluar el funcionamiento de los haces de sustancia blanca. Estos están conformados en gran medida por agua, y son los encargados de llevar la información nerviosa a gran velocidad, ya que son principalmente axones mielinizados. De esta forma, la técnica permite evaluar la estructura subcortical del cerebro, pudiendo detectar enfermedades neurodegenerativas y epilepsia.

Técnicas de neuroimagen funcional

Son las herramientas de investigación en neurociencias, que permiten detectar los cambios en la actividad cerebral en vivo. Suelen utilizarse para evaluar procesos cognitivos en concomitancia con el funcionamiento de sus correlatos anatómicos.

Tomografía por emisión de positrones

Esta técnica está basada en la introducción de sustancias radioactivas al flujo de sangre. Las células de alta actividad metabólica absorben esa sustancia. En dicho proceso, los isótopos que emiten positrones se anulan al combinarse con electrones, generando una energía electromagnética, que es captada por el dispositivo.

Es una técnica muy utilizada para detectar tumores cerebrales, ya que estos suelen tener un mayor metabolismo. A su vez, también sirve para detectar enfermedades neurodegenerativas. En el caso del Alzheimer, por ejemplo, la degeneración de las células provocará que no se absorba tanta sustancia y la imagen diferirá de la de un cerebro normal.

Tomografía computarizada por emisión de fotón único

Técnica de registro similar a la anterior, solo que utiliza radiación gamma, producida por un isótopo directamente desde dentro del organismo. Entonces, esta técnica requiere también de un receptor, a través del cual se generará una imagen, que resalta en colores los diferentes grados de activación cerebral.

Resonancia magnética funcional

Consiste en una resonancia magnética, pero donde al miso tiempo se realiza alguna actividad cognitiva. Se basa en que las neuronas involucradas en un proceso mental, necesitarán más energía y por ende más oxigeno de la sangre. Cuando realizamos una tarea mental, el consumo de sangre oxigenada (que tiene propiedades magnéticas), aumenta. Así entonces, esta actividad es registrada por el dispositivo. A pesar de tener un elevado coste, permite localizar las funciones cognitivas en el cerebro.

Técnicas electrofisiológicas

Estas técnicas permiten registrar la actividad eléctrica del cerebro. Entre las más destacas podemos enumerar:

  • Electroencefalograma. Sistema que registra los potenciales eléctricos del cerebro y por tanto el tipo de onda y frecuencia en la que se encuentra funcionando.
  • Electromiograma. Técnica para evaluar la actividad eléctrica de los músculos. Se utiliza para la exploración de los nervios periféricos.
  • Electrooculograma. Registro eléctrico muscular del movimiento de los ojos, utilizado para distinguir las fases del sueño.

Electroencefalograma

Técnicas de estimulación cerebral

Estas técnicas permiten influir en la actividad cerebral mediante dos tipos de estímulos:

  • Magnéticos: con la estimulación magnética transcraneal, se logra inducir de forma segura una corriente en el cerebro. Esta inducción se logra mediante un flujo de corriente que pasa por una bobina y genera un campo magnético.
  • Eléctrica: se aplica una corriente de baja intensidad a través de electrodos ubicados en el cuero cabelludo. Esta inducción provoca cambios en la excitabilidad de las neuronas de la corteza.

Estas formas de estimulación suelen alcanzar solamente áreas de la corteza. Se utilizan mayormente para identificar procesos mentales, así como para crear lesiones virtuales. Su aplicación para mejorar rendimientos o tratar trastornos como fobias, aún está bajo investigación y no debe aplicarse en personas con epilepsia, implantes o embarazadas.

La importancia de las técnicas de investigación neurocientíficas

Las enfermedades que afectan al sistema nervioso suelen tener graves consecuencias. Detectar un tumor o una hemorragia a tiempo es de suma importancia para aumentar las chances de supervivencia. Así mismo, detectar una enfermedad neurodegenerativa en sus primeras fases es la clave para intentar aplazar los síntomas.

Por otro lado, el avance científico nos ha permitido profundizar en el funcionamiento cerebral. Por ejemplo, actualmente es posible comparar el cerebro de una persona deprimida con el de una persona normal, obteniendo diferencias funcionales asociadas a la sintomatología. De la misma manera, podemos identificar las zonas cerebrales y los procesos correspondientes a una función tan particular, como la atención.

  • Logothetis NK. The ins and outs of fMRI signals. Nat Neurosci 2007; 10: 1230-2.
  • MORRIS, R. G. M. & GOLDMAN-RAKIC, P. (2000). Cognitive neuroscience. Editorial overview. Current Opinion in Neurobiology, 10, 167-171.