Una vista neuromagnética a través del cráneo
Por primera vez, los investigadores pudieron demostrar que las oscilaciones cerebrales rápidas medidas de forma no invasiva muestran una variabilidad significativa de estímulo a estímulo (filas), tanto en términos de la sincronización de los potenciales de acción sucesivos (cambios en azul /bandas verticales rojas) y en términos de su fuerza (intensidad de color). Crédito: Charit, Gunnar Waterstraat
El cerebro procesa la información mediante corrientes lentas y rápidas. Hasta ahora, los investigadores tenían que usar electrodos colocados dentro del cerebro para medir este último. Por primera vez, investigadores de Charit – Universittsmedizin Berlin y Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) han visualizado con éxito estas señales cerebrales rápidas desde el exterior y encontraron un sorprendente grado de variabilidad. Según su artículo en PNAS, los investigadores utilizaron un dispositivo de magnetoencefalografía particularmente sensible para lograr esta hazaña.
El procesamiento de información dentro del cerebro es uno de los procesos más complejos del cuerpo. La interrupción de este procesamiento a menudo conduce a trastornos neurológicos graves. Por lo tanto, el estudio de la transmisión de señales dentro del cerebro es clave para comprender una gran variedad de enfermedades. Sin embargo, desde un punto de vista metodológico, crea grandes desafíos para los investigadores. El deseo de observar las células nerviosas del cerebro funcionando «a la velocidad del pensamiento», pero sin necesidad de colocar electrodos dentro del cerebro, ha llevado al surgimiento de dos técnicas de alta resolución temporal: la electroencefalografía (EEG) y la magnetoencefalografía (MEG). . Ambos métodos permiten la visualización de la actividad cerebral desde fuera del cráneo. Sin embargo, mientras que los resultados de las corrientes lentas son confiables, los de las corrientes rápidas no lo son.
Las corrientes lentas conocidas como potenciales postsinápticos ocurren cuando las señales creadas por una célula nerviosa son recibidas por otra. El posterior disparo de impulsos (que transmiten información a las neuronas o músculos posteriores) produce corrientes rápidas que duran solo un milisegundo. Estos se conocen como potenciales de acción. «Hasta ahora, solo hemos podido observar las células nerviosas cuando reciben información, no cuando transmiten información en respuesta a un solo estímulo sensorial», explica el Dr. Gunnar Waterstraat del Departamento de Neurología con Neurología Experimental de Charit en el Campus Benjamin Franklin. «Se podría decir que estábamos efectivamente ciegos de un ojo». Trabajando bajo el liderazgo del Dr. Waterstraat y el Dr. Rainer Krber del PTB, un equipo de investigadores ha sentado las bases necesarias para cambiar esto. El grupo de investigación interdisciplinario logró hacer que la tecnología MEG fuera tan sensible como para permitirle detectar incluso oscilaciones cerebrales rápidas producidas en respuesta a un solo estímulo sensorial.
Lo lograron al reducir significativamente el ruido del sistema producido por el propio dispositivo MEG. «Los sensores de campo magnético dentro del dispositivo MEG se sumergen en helio líquido para enfriarlos a -269 grados C (4,2 K)», explica el Dr. Krber. «Para hacer esto, el sistema de enfriamiento requiere un aislamiento térmico complejo. Este superaislamiento consiste en láminas recubiertas de aluminio que producen ruido magnético y, por lo tanto, enmascaran pequeños campos magnéticos como los asociados con las células nerviosas. Ahora hemos cambiado el diseño del superaislamiento en tal manera de garantizar que este ruido ya no sea medible. Al hacer esto, logramos aumentar la sensibilidad de la tecnología MEG en un factor de diez».
Los investigadores usaron el ejemplo de estimular un nervio en el brazo para demostrar que el nuevo dispositivo es capaz de registrar ondas cerebrales rápidas. Como parte de su estudio en cuatro sujetos sanos, los investigadores aplicaron estimulación eléctrica a un nervio específico en la muñeca y, al mismo tiempo, colocaron el sensor MEG inmediatamente sobre el área del cerebro responsable de procesar los estímulos sensoriales aplicados a la mano. Para eliminar fuentes externas de interferencia, como redes eléctricas y componentes electrónicos, las mediciones se realizaron en una de las salas de grabación protegidas del PTB. Los investigadores descubrieron que, al hacerlo, podían medir los potenciales de acción producidos por un pequeño grupo de neuronas activadas simultáneamente en la corteza cerebral en respuesta a estímulos individuales.
«Por primera vez, un enfoque no invasivo nos permitió observar las células nerviosas del cerebro que envían información en respuesta a un solo estímulo sensorial», dice el Dr. Waterstraat. «Una observación interesante fue el hecho de que estas oscilaciones cerebrales rápidas no son de naturaleza uniforme, sino que cambian con cada estímulo. Estos cambios también ocurrieron independientemente de las señales cerebrales lentas. Existe una enorme variabilidad en la forma en que el cerebro procesa la información sobre el toque de una mano. , a pesar de que todos los estímulos aplicados son idénticos».
El hecho de que los investigadores ahora puedan comparar las respuestas individuales a los estímulos abre el camino para que los investigadores de neurología investiguen preguntas que antes permanecían sin respuesta: ¿Hasta qué punto factores como el estado de alerta y el cansancio influyen en el procesamiento de la información en el cerebro? ¿Qué pasa con los estímulos adicionales recibidos al mismo tiempo? El sistema MEG altamente sensible también podría ayudar a los científicos a desarrollar una comprensión más profunda y mejores tratamientos para los trastornos neurológicos. La epilepsia y la enfermedad de Parkinson son ejemplos de trastornos relacionados con interrupciones en la señalización cerebral rápida. «Gracias a esta tecnología MEG optimizada, nuestra caja de herramientas de neurociencia ha ganado una nueva herramienta crucial que nos permite abordar todas estas preguntas de forma no invasiva», dice el Dr. Waterstraat.
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Equilibrio de la actividad de las células cerebrales Más información: Gunnar Waterstraat et al, Análisis de ensayo único neuromagnético no invasivo de picos de población neocortical humana, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021) . DOI: 10.1073/pnas.2017401118 Información de la revista: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por Physikalisch-Technische Bundesanstalt Cita: Una vista neuromagnética a través del cráneo ( 2021, 16 de abril) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-neuromagnetic-view-skull.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.