Neuroimagen funcional

La neuroimagen funcional es el uso de la tecnología de neuroimagen para medir un aspecto de la función cerebral, a menudo con el objetivo de comprender la relación entre la actividad en ciertas áreas cerebrales y funciones mentales específicas. Se utiliza principalmente como herramienta de investigación en neurociencia cognitiva , psicología cognitiva , neuropsicología y neurociencia social .

Los métodos comunes de neuroimagen funcional incluyen:

• Tomografía por emisión de positrones (PET)
• Imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI)
• Electroencefalografía (EEG)
• Magnetoencefalografía (MEG)
• Espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS)
• Tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT)
• Imágenes por ultrasonido funcional (fUS)

La PET, la fMRI, la fNIRS y la fUS pueden medir cambios localizados en el flujo sanguíneo cerebral relacionados con la actividad neuronal. Estos cambios se conocen como activaciones . Las regiones del cerebro que se activan cuando un sujeto realiza una tarea particular pueden desempeñar un papel en los cálculos neuronales que contribuyen al comportamiento. Por ejemplo, la activación generalizada del lóbulo occipital se observa típicamente en tareas que implican estimulación visual (en comparación con tareas que no la implican). Esta parte del cerebro recibe señales de la retina y se cree que desempeña un papel en la percepción visual .

Otros métodos de neuroimagen implican el registro de corrientes eléctricas o campos magnéticos, por ejemplo, EEG y MEG. Los diferentes métodos tienen diferentes ventajas para la investigación; por ejemplo, MEG mide la actividad cerebral con alta resolución temporal (hasta el nivel de milisegundos), pero está limitada en su capacidad para localizar esa actividad. fMRI hace un trabajo mucho mejor de localización de la actividad cerebral para resolución espacial, pero con una resolución temporal mucho menor ^[1] mientras que la ecografía funcional (fUS) puede alcanzar una resolución espacio-temporal interesante (hasta 100 micrómetros, 100 milisegundos, a 15 MHz en modelos preclínicos) pero también está limitada por el acoplamiento neurovascular.

Recientemente, se ha propuesto la obtención de imágenes por partículas magnéticas como una nueva técnica de obtención de imágenes sensible que tiene una resolución temporal suficiente para la obtención de imágenes neurológicas funcionales basadas en el aumento del volumen sanguíneo cerebral. Los primeros ensayos preclínicos han demostrado con éxito la obtención de imágenes funcionales en roedores. ^[2]

La medida utilizada en un estudio en particular generalmente está relacionada con la pregunta específica que se está abordando. Las limitaciones de medición varían entre las técnicas. Por ejemplo, la MEG y la EEG registran las fluctuaciones magnéticas o eléctricas que ocurren cuando una población de neuronas está activa. Estos métodos son excelentes para medir el curso temporal de los eventos neuronales (del orden de milisegundos), pero generalmente son malos para medir dónde ocurren esos eventos. La PET y la fMRI miden los cambios en la composición de la sangre cerca de un evento neuronal. Debido a que los cambios sanguíneos mensurables son lentos (del orden de segundos), estos métodos son mucho peores para medir el curso temporal de los eventos neuronales, pero generalmente son mejores para medir la ubicación.

Los estudios de activación tradicionales se centran en determinar patrones distribuidos de actividad cerebral asociados con tareas específicas. Sin embargo, los científicos pueden comprender mejor la función cerebral estudiando la interacción de distintas regiones cerebrales, ya que una gran parte del procesamiento neuronal se realiza mediante una red integrada de varias regiones del cerebro. Un área activa de investigación en neuroimagen implica examinar la conectividad funcional de regiones cerebrales espacialmente remotas. Los análisis de conectividad funcional permiten la caracterización de interacciones neuronales interregionales durante tareas cognitivas o motoras particulares o simplemente a partir de la actividad espontánea durante el descanso. La FMRI y la PET permiten la creación de mapas de conectividad funcional de distintas distribuciones espaciales de regiones cerebrales correlacionadas temporalmente, llamadas redes funcionales. Varios estudios que utilizan técnicas de neuroimagen también han establecido que las áreas visuales posteriores en personas ciegas pueden estar activas durante la realización de tareas no visuales, como la lectura en Braille, la recuperación de la memoria y la localización auditiva, así como otras funciones auditivas. ^[3]

Un método directo para medir la conectividad funcional es observar cómo la estimulación de una parte del cerebro afecta a otras áreas. Esto se puede hacer de forma no invasiva en humanos combinando la estimulación magnética transcraneal con una de las herramientas de neuroimagen como PET, fMRI o EEG. Massimini et al. ( Science , 30 de septiembre de 2005) utilizaron EEG para registrar cómo se propaga la actividad desde el sitio estimulado. Informaron que en el sueño no REM , aunque el cerebro responde vigorosamente a la estimulación, la conectividad funcional se atenúa mucho con respecto a su nivel durante la vigilia. Por lo tanto, durante el sueño profundo, "las áreas del cerebro no se comunican entre sí".

La neuroimagen funcional se basa en datos de muchas áreas distintas de la neurociencia cognitiva y la neurociencia social , incluidas otras ciencias biológicas (como la neuroanatomía y la neurofisiología ), la física y las matemáticas , para desarrollar y perfeccionar aún más la tecnología.

Los estudios de neuroimagen funcional deben diseñarse cuidadosamente y deben interpretarse con cuidado. A menudo se necesita un análisis estadístico (que suele utilizar una técnica denominada mapeo paramétrico estadístico ) para poder distinguir entre sí las diferentes fuentes de activación dentro del cerebro. Esto puede resultar especialmente complicado cuando se consideran procesos que son difíciles de conceptualizar o que no tienen una tarea fácilmente definible asociada a ellos (por ejemplo, la creencia y la conciencia ).

La neuroimagen funcional de fenómenos interesantes suele citarse en la prensa. En un caso, un grupo de destacados investigadores en neuroimagen funcional se sintió obligado a escribir una carta al New York Times en respuesta a un artículo de opinión sobre un estudio de la denominada neuropolítica . ^[4] Argumentaron que algunas de las interpretaciones del estudio carecían de fundamento científico. ^[5]

En marzo de 2014, el Centro Hastings publicó un informe titulado “Interpretación de las neuroimágenes: una introducción a la tecnología y sus límites”, ^[6] con artículos de destacados neurocientíficos y bioeticistas . El informe explica brevemente las tecnologías de neuroimagen y, en su mayor parte, critica, pero también defiende en cierta medida, su estado actual, su importancia y sus perspectivas.

• Cabeza, R., y Kingstone, K. (eds.) (2006). Manual de neuroimagen funcional de la cognición . MIT Press.
• Cacioppo, JT, Tassinary, LG y Berntson, GG (2007). Manual de psicofisiología. Cambridge University Press.
• Hillary, FG, y DeLuca, J. (2007). Neuroimagen funcional en poblaciones clínicas .
• Kanwisher, N., y Duncan, J. (2004). Neuroimagen funcional de la cognición visual .
• Silbersweig, D., y Stern, E. (2001). Fundamentos y práctica de la neuroimagen funcional y la neuropsicología .
• Thatcher, R, W. (1994). Neuroimagen funcional: fundamentos técnicos.

• La Sociedad Americana de Neuroimagen (ASN).
• Programa de capacitación en neuroimagen de la UCLA.
• BrainMapping.org, un portal gratuito de información comunitaria sobre BrainMapping
• El Atlas del Cerebro Completo de Harvard