Las técnicas de imagen funcional permiten identificar in vivo los correlatos neuroanatómicos de los procesos cognitivos.
Técnicas de alta resolución temporal
La electroencefalografía y la magnetoencefalografía son las únicas técnicas de neuroimagen no invasivas que proporcionan información neurofisiológica con una precisión de milisegundos.
Electroencefalograma (EEG) y Potenciales evocado (PE)
Podemos distinguir dos tipos de actividad neuronal:
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Potencial de acción: asociado a la propagación de la señal a lo largo de las fibras nerviosas. Cuádruplo cuyos campos eléctrico y magnético decaen más rápidamente que los del dipolo.
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Potenciales postsinápticos: dipolo de corriente que dura varias decenas de milisegundos, dos tipos:
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El potencial postsináptico es una despolarización de una neurona debido a la llegada de potenciales de acción al mecanismo sináptico (potenciales excitatorios).
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La actividad sináptica lleva a una corriente de signo contrario, provocando la hiperpolarización de la neurona postsináptica (potenciales inhibitorios).
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Electroencefalografía: El electroencefalograma del cuero cabelludo refleja las sumas de los sucesos eléctricos ocurridos por toda la cabeza en tiempo real, incluidos los potenciales de acción y potenciales postsinápticos, así como señales eléctricas provenientes de la piel, los músculos, la sangre y los ojos. Se basa en que algunas formaciones de ondas electroencefalográficas se asocian con estados particulares de la conciencia o con formas particulares de patología cerebral.
Potenciales Evocados: Derivadas del electroencefalograma, son fluctuaciones de voltaje visibles en el EEG, inducidas por los cambios de la actividad del cerebro que están asociados temporalmente a la ocurrencia de estímulos sensoriales, motores o sucesos cognitivos. Proporcionan una medida directa y no invasiva del curso temporal de dicha actividad cerebral, y consisten en una secuencia de fluctuaciones de voltaje positivas y negativas llamadas componentes. Dichos componentes reflejan diferentes procesos sensoriales, motores y cognitivos que se clasifican en función de su distribución en el cuero cabelludo, su respuesta a las variables experimentales, su polaridad y su latencia. Existen componentes exógenos o tempranos (responden a variables externas al sujeto) y endógenos o tardíos (afines con variables psicológicas). Una onda o componente puede ser cuantitativamente caracterizado mediante tres dimensiones: amplitud (extensión de la actividad neuronal y de cómo el componente responde funcionalmente a las variables experimentales), latencia (curso temporal de dicha activación) y distribución en el cuero cabelludo.
Magnetoencefalografía (MEG)
Con esta técnica se registran los débiles campos magnéticos originados por las corrientes eléctricas que se generan en el cerebro por la actividad neuronal. La magnetoencefalografía registra fundamentalmente los potenciales neuronales postsinápticos. Está determinada por la morfología neuronal y por su orientación con respecto a la superficie, la actividad de las células piramidales es la más fácilmente identificable, junto con las neuronas situadas en las cisuras y surcos. Una neurona no da lugar a un campo magnético que pueda ser medido, se estiman necesarias al menos 30.000 neuronas activadas simultáneamente. Los registros magnetoencefalográficos se realizan utilizando un neuromagnetómetro compuesto por un número variable de sensores de campo magnético, posteriormente y al igual que con el PE los campos magnéticos evocados de cada ensayo se promedian juntos y se le eliminan los artefactos (movimiento de los ojos, parpadeos, músculos cara, cuellos y actividad cardiaca). A fin de determinar las áreas cerebrales donde se observan las fuentes de actividad, las coordenadas de dichas fuentes se pueden superponer sobre una imagen por resonancia magnética.
Técnicas de alta resolución espacial
Estas técnicas detectan cambios en el metabolismo o el flujo sanguíneo del cerebro mientras los sujetos realizan tareas cognitivas. Sin embargo, y en contraposición a las técnicas de electroencefalograma y magnetoencefalograma, estas técnicas no proporcionan información directa sobre eventos neuronales, sino que miden los cambios metabólicos correlacionados o producidos como consecuencia del incremento de la actividad neuronal.
PET y resonancia magnética funcional cuentan con innumerables ventajas, pero aun tienen dos importantes limitaciones: 1) Pese a que los cambios en actividad cerebral muestren correlación con las manipulaciones experimentales, no podemos asumir causalidad entre dicha activación y las manipulaciones. 2) Baja resolución temporal.
Tomografía por Emisión de Positrones (PET)
Permite detectar el nivel de actividad metabólica de cada zona del cerebro, dado que dicho metabolismo se incrementa en las regiones con mayor actividad neuronal. La técnica aprovecha la necesidad de los tejidos de determinadas sustancias químicas como el oxígeno, el hidrógeno o la glucosa. Al marcar radiactivamente una de esas sustancias e inyectarla en sangre queda fijada en aquellas regiones con mayor demanda. Una vez fijada al tejido y transcurrido un tiempo, los átomos inestables del isótopo liberan positrones que se aniquilarán al contactar con los electrones de otros átomos circundantes, generando dos fotones, que son detectados por un tomógrafo en forma de cilindro alrededor de la cabeza, que es capaz de estimar la localización del proceso metabólico de interés. El trazador radiactivo suele ser inyectado intravenosamente (a veces también inhalado) en dos momentos: condición control y experimental. Presenta imágenes en 3-D y se utiliza para estudios sobre el flujo sanguíneo regional, transporte de sustancias a través de las membranas, mapeo de proyecciones axonales, medidas de plasticidad neuronal, o la acción de sustancias químicas. Inconvenientes: baja resolución temporal (menor que la resonancia magnética funcional) y su alto grado de invasividad.
Resonancia Magnética Funcional (RMf)
Variante de la resonancia magnética que ofrece una buena resolución espacial y temporal. Su registro es de coste bajo y no supone riesgo alguno para la salud del paciente (ventajas respecto al PET). Un tejido que aumenta su nivel de actividad consume mayor cantidad de metabolitos (oxígeno y glucosa). Cuando una región cerebral se activa por encima de su nivel basal, aumenta la oxigenación de esa región, y con ella cambios en la señal de RM producida por la oxihemoglobina y en la concentración de desoxihemoglobina. La utilización de oxígeno por las células activadas reduce la oxihemoglobina (forma de hemoglobina que transporta oxígeno) y aumenta la desoxihemoglobina (forma sin oxígeno), esto genera un incremento local de la homogeneidad del campo magnético y un aumento en la señal de resonancia magnética funcional respecto a la fase de relajación.
La comparación del patrón de actividad durante la realización de una tarea con el de la fase de relajación, proporciona una imagen de las áreas cerebrales que presentaron mayor tasa de metabolismo de oxígeno durante la fase activa, esta modalidad de registro se llama “diseño de bloques” (frente a los ligados a eventos) ya que las fases de activación y de reposo suelen alternarse sucesivamente en intervalos de 15-30 seg. dentro de la misma sesión. El resultado de los diseños de bloques consiste en la obtención de una imagen funcional de la actividad registrada durante las fases de activación y de una imagen empleada como línea base de los periodos de reposos. Tiene buena resolución espacial en milímetros, y aunque mejora la resolución temporal del PET, ésta no supera los 2 segundos.