Tecnologías de Neuroimagen para Estudiar el Cerebro Humano.

Tecnologías de Neuroimagen para Estudiar el Cerebro Humano

Profesor: Francisco del Pino

Nombres: Paloma Anaya P.

                 Valentina Peña M.

Resumen

La neuroimagen es una tecnología de diagnóstico y evaluación, que permite la medición y valoración de un aspecto o característica del cerebro, traduciendo la información recibida a una imagen o codificándola a una expresión numérica para ser estudiada por el investigador.

Introducción  

La importancia de la Neuroimagen radica en que esta ha permitido a la humanidad acceder al conocimiento fisiológico interno del organismo y así poder comprender sus dinámicas biologícas, químicas y eléctricas, de una manera no invasiva. Es una técnica ampliamente usada por las neurociencias desde el descubrimiento de los rayos X.

La historia de la neuroimagen parte gracias al descubrimiento de los Rayos X en el año 1985 por el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética invisible para el ojo humano, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas.

El descubrimiento de los rayos X impulsó un amplio desarrollo de tecnologías médicas para la exploración del organismo y para la visualización de tejidos. La relevancia de los rayos X queda comprobada al contrastar los diagnósticos a los pacientes antes y después de 1895. Antes de los rayos X no era posible observar estructuras internas del organismo en forma no invasiva. Durante muchos siglos, el método más común para identificar daños internos en los organismos de los pacientes era a través de técnicas invasivas de alta agresividad. Por ejemplo estaba la lobotomía frontal, la cual dejaba secuelas graves y muy profundas en el funcionamiento neurológico y comportamental de un paciente.

A principios del siglo XX ya se podían registrar importantes avances en la radiología, periodo en el cual se desarrollaron las sustancias de contraste, el tubo digestivo y la fluoroscopia. A mediados del siglo, los avances de la tecnología fueron aún mayores, el progreso más revolucionario en imagenología fue la tomografía computarizada, la cual dio paso a las imágenes digitales a principios de los 70. El objetivo de este tipo de evaluación radiológica de carácter no invasivo es atenuar los rayos X para que permita observar y obtener información de lo que se encuentra al interior del organismo examinado. Estos avances sentaron las bases para posteriores desarrollos tecnológicos que hoy están al servicio de la humanidad.

Desarrollo de las técnicas de neuroimagen

Lo que destaca a la imageonologia es su capacidad de exploración fisiológica sin necesidad de dañar o alterar el cuerpo del paciente, la cual debido a su alta complejidad esta se clasifica en 7 técnicas:

1.        Tomografía por emisión de positrones (TEP): La TEP tiene como objetivo detectar el consumo de glucosa a nivel encefálico y de cómo ese consumo se relaciona con la ejecución de tareas y desafíos cognitivos llevados a cabo por las redes neuronales. Las mediciones llevadas a cabo por la TEP permiten examinar en detalle las funciones corporales de mayor relevancia, como el adecuado funcionamiento de tejidos, órganos, azucares, funciones metabólicas, empleo y rendimiento del oxígeno en el cuerpo, flujo sanguíneo y detección de agentes extraños o dañinos al interior del organismo.

2.        Resonancia magnética funcional (RMf): fue diseñada para emplear campos magnéticos muy elevados por medio de pulsaciones de radiofrecuencia, la cual comunica la información obtenida a un ordenador, el que puede detallar y sintetizar todo lo que la RMf puede observar de forma no invasiva tanto a niveles del sistema óseo, tejidos blandos y demás estructuras del organismo. La RMf no emplea radiaciones ionizantes por lo que resulta ser una herramienta altamente ventajosa para observar la irrigación del torrente sanguíneo tanto a nivel encefálico como a nivel del resto del cuerpo examinado. La RMf le brinda a los neurólogos y a los neurocientíficos la posibilidad de observar las estructuras internas del cerebro haciendo un mapeo del mismo de modo que se pueden jerarquizar las funciones cognitivas observadas. La RMf también es de gran utilidad para detectar los efectos y cambios producidos por traumas craneoencefálicos (TCE), enfermedades neurodegenerativas, tumores cerebrales y cualquier tipo de daño estructural en las diversas regiones encefálicas investigadas.

3.        Resonancia magnética nuclear (RMN): es una técnica enfocada en observar tejidos blandos tales como el líquido encefalorraquídeo, la sustancia blanca y la sustancia gris dentro del encéfalo. Esta herramienta se apoya en el procesamiento de ondas radiales y, al igual que la RMf, no emplea radiaciones ionizantes, lo que le concede una ventajosa reduccion de los factores de riesgo que puedan aparecer debido a que el paciente no es sometido a radiaciones. Las imágenes de ordenador que se procesan tras recibir la información obtenida por la RMN pueden darse de forma tridimensional, permitiendo así enfocar cualquier ángulo de la porción cerebral analizada. Proporciona información precisa de un amplio rango de patologías fisiológicas y neurofisiológicas.

4.        Tomografía axial computarizada (TAC): El examen por TAC tiene como meta la identificación de los diversos tejidos investigados y enviar la información a un ordenador de modo que las tomas obtenidas puedan decantarse hacia imágenes específicas de lo que el experimentador esté buscando. Esta especificació se denomina metodología de parcelación, la cual divide los datos y prioriza cierta información sobre otra que tenga características secundarias. El TAC brinda una alta definición y nitidez tras cada imagen, lo cual al compararla con otras técnicas de neuroimagen le permiten destacarse y ofrecer muchas más posibilidades de investigación a los neurocientíficos. Los cortes transversales evaluados tras cada imagen extraída por la TAC se pueden visualizar en tres dimensiones e incluso se puede realizar una rotación completa de cada imagen.

Este tipo de técnicas suelen emplearse para detectar cualquier tipo de hemorragia interna, múltiples laceraciones internas o fracturas, daño en tejidos orgánicos, traumatismos, extensión de tumores en regiones encefálicas como hacia regiones del resto del cuerpo, patologías vinculadas con la medula espinal y daños a nivel de la columna vertebral.

5.        Magnetoencefalografía (MEG): La definición en las imágenes de esta técnica se considera de alta fiabilidad debido a la claridad de los pixeles. Esta técnica tiene la gran ventaja de brindar la posibilidad de cotejar los datos con otras técnicas de neuroimagen, y así para poder contar con diagnósticos mucho más precisos y con un mayor número de datos cuantificables y analizables. La MEG es de mucha utilidad al momento de detectar y diferenciar los diversos tipos de epilepsia con su respectiva intensidad, pudiendo obtener datos fiables a nivel de la actividad eléctrica, tan cambiante en pacientes epilépticos.

6.        El electroencefalograma (EEG): es una tecnología empleada para registrar la actividad eléctrica de las diversas áreas cerebrales implicadas en la sinapsis de tipo eléctrico. La EEG registra aquellos impulsos eléctricos que se presentan en las regiones cerebrales focalizadas por el investigador. Las pruebas de evaluación de la EEG pueden llevarse a cabo tanto en reposo, como en estado de vigilia y de sueño, por lo que ofrece enormes ventajas investigativas para recabar datos en distintos estados y eventos relativos a la comunicación interneuronal. El EEG está diseñado para detectar cambios eléctricos, tanto en enfermedades neurodegenerativas como en encefalopatías, cefaleas, TEC y enfermedades cerebrovasculares entre otras.

7.        Tomografía computarizada por emisión monofotónica o de fotón único (TCEFU): se basa en la utilización de rayos Gamma y, aunque técnicamente tiene muchas similitudes con las radiografías, la diferencia es que la TCEFU cuenta con una cámara supersensible de alto registro que permite extraer imágenes bidimensionales que, al juntarlas, pueden llegar a proporcionar imágenes tridimensionales de alta resolución. La TCEFU tiene como fin conceder datos tridimensionales del flujo continuo y constante del torrente sanguíneo y de los daños leves o severos en el sistema circulatorio, tanto a nivel del cerebro como del resto del sistema nervioso central.

Principales aplicaciones y aportaciones  

Las técnicas de neuroimagen registran uno de los avances científicos más grandes de la historia ya que estos procedimientos al no ser invasivos no ponen en riesgo la vida, a la vez que permiten el estudio del cerebro en pleno funcionamiento. Las técnicas de neuroimagen se clasifican en dos, las de tipo Estructural que se ocupan de medir el tamaño total del cerebro y las regiones específicas dentro de él. Estas se enfocan en las estructuras neuronales o citoarquitectura neuronal, lo que permite relacionar las zonas del cerebro, el desempeño psicológico y detectar anormalidades en él. Las técnicas estructurales son la resonancia magnética estructural (RME) y la tomografía axial computarizada (TAC). Las de tipo Funcional,  se ocupan de medir la activación cerebral durante alguna actividad psicológica. Las técnicas funcionales son la resonancia magnética espectroscópica (RMS), la tomografía por emisión de positrones (TEP) y la tomografía por emisión de fotones simples computarizada (SPECT). Estas técnicas se preocupan más por funciones cognitivas y correlación de áreas cerebrales con el comportamiento.

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