Técnicas de Neuroimagen Estructural: TC y RM

Técnicas de Investigación en Psicobiología

• Se dividen en técnicas de estudio del sistema nervioso y técnicas de estudio de la conducta.

Técnicas de Visualización del Cerebro Humano Vivo: Neuroimagen

• Clasificación tradicional: técnicas estructurales (anatomía) y funcionales (funcionalidad en tiempo cuasi-real).
• Desarrollo a principios de los 70, basado en descubrimientos como los rayos X (1895) y las propiedades del espín neto de los átomos de hidrógeno (años 40).
• La relación entre el flujo sanguíneo cerebral regional y la actividad neural se planteó en el siglo XIX, con gammagrafías aplicadas desde los años 60 para medir este flujo usando isótopos radiactivos.

Técnicas de Neuroimagen Estructural: TC y RM

• Incluyen la tomografía computerizada (TC) y la resonancia magnética (RM).

Tomografía Computerizada de Rayos X: TC

• Técnica de rayos X asistida por ordenador para observar estructuras cerebrales y corporales in vivo.
• Analiza la densidad del tejido: hipodenso (aire, líquido cefalorraquídeo, grasa) se ve oscuro/negro, hiperdenso (hueso, calcificaciones) se ve claro/blanco.
• Ejemplo: un infarto isquémico aparece gris oscuro y una hemorragia aparece blanco.
• Permite angiografías para observar el flujo sanguíneo cerebral con un colorante radio-opaco.

Imagen por Resonancia Magnética: RM

• Es la técnica más utilizada en neuroimagen para demostrar accidentes vasculares cerebrales, tumores y otras patologías.
• No utiliza radiaciones, pero es más costosa, requiere más tiempo y excluye a portadores de marcapasos.
• Puede provocar claustrofobia y ruido molesto al paciente.
• Un tomógrafo de RM está compuesto por un imán, una antena emisora de radiofrecuencia, una antena receptora de la señal, y un ordenador.
• Se basa en la absorción de energía electromagnética por los núcleos atómicos en un campo magnético estático.
• La fuerza del campo magnético se mide en Teslas (T), con valores comunes de 1.5 a 3 T.
• Las imágenes pueden ser en densidad protónica, ponderada en T1 o ponderada en T2.
• Las imágenes en T1 están más orientadas a la anatomía, mientras que las imágenes en T2 están más relacionadas con la fisiopatología.
• La imagen en T1 presenta hiperintensidad para la grasa, sustancia blanca y hemorragias subagudas.
• La imagen en T2 presenta hiperintensidad para el LCF y el agua libre, siendo indicada para patologías relacionadas con el agua.
• Permite angiorresonancia (ARM) para visualizar el flujo sanguíneo y la vasculatura, y la difusión (DTI) para analizar la conectividad cerebral.
• La espectroscopia RM cuantifica metabolitos bioquímicos como N-Acetil-aspartato (NNA), creatina, colina, mio-inositol, glutamato y lactato.

Técnicas de Neuroimagen Funcional Metabólicas

• Muestran la actividad del cerebro en relación con una conducta dada, cuantificando el procesamiento neuronal.
• Se basan en la relación entre la actividad cerebral y las demandas de oxígeno y glucosa.
• Los incrementos en el consumo de estos metabolitos reflejan actividad neuronal.
• Las variables medidas son metabólicas y hemodinámicas, no directamente neurales.

Resonancia Magnética funcional (RMf)

• Utiliza el efecto BOLD (blood oxygen level dependent), basado en la susceptibilidad magnética de la hemoglobina (oxihemoglobina vs. deoxihemoglobina).
• No requiere administración intravenosa de sustancias, ofrece información funcional y estructural, tiene buena resolución espacial y produce imágenes tridimensionales.
• El ordenador compara la actividad basal con la actividad derivada de una acción o cognición.
• Se representa con colores que indica el metabolismo (rojo=aumento; azul=disminución).

Tomografía por Emisión de Positrones (TEP)

• Mide el metabolismo cerebral, flujo y volumen sanguíneo, utilización de oxígeno y síntesis de neurotransmisores.
• Detecta la radiación electromagnética de un marcador radioactivo introducido en el paciente.
• Mide las tasas metabólicas regionales de glucosa marcando la glucosa con flúor 18.
• Los detectores del TEP cartografían los rayos gamma y la computadora produce una imagen funcional del cerebro.

Tomografía Computerizada por Emisión de Fotones Simples (SPECT)

• Mide el flujo sanguíneo utilizando radiotrazadores como el 99mTc-HMPAO.
• Es más asequible que la TEP, pero menos cuantificable.

Técnicas de Registro de la Actividad Fisiológica en Humanos

• Pueden ser de registro central o periférico, invasivas o no invasivas.

Registro No Invasivo del Sistema Nervioso Central (SNC)

Actividad Cerebral Espontánea: Electroencefalograma (EEG)

• Registra la actividad eléctrica cerebral a través de electrodos en el cuero cabelludo.
• Capta la "actividad cerebral espontánea" sin relación necesaria con estímulos externos.
• Tiene excelente resolución temporal, pero escasa resolución espacial.
• La actividad electroencefalográfica se presenta como una onda sinusoide formada por frecuencias como alfa, beta, theta, delta y gamma.

Actividad Cerebral Relacionada con Acontecimientos Discretos: Potenciales Evocados (PEv)

• Cambios rápidos en la actividad eléctrica del sistema nervioso originados por eventos o estímulos puntuales.
• Se promedian las respuestas eléctricas a un estímulo repetido.
• En un registro típico de PEv se identifican ondas (P o N) según su polaridad y latencia (ej. P300).
• Algunos PEv estudiados son el P100 (activación visual), P300 (estímulos improbables) y N400 (incongruencia semántica).

Magnetoencefalografía (MEG)

• Detecta los campos magnéticos cerebrales producidos por las corrientes intracelulares de las dendritas.
• Ofrece mapas de actividad magnética cerebral con alta resolución espacial y temporal de forma no invasiva.
• Se puede aplicar a cualquier población, incluyendo estudios de actividad cerebral fetal.
• Utiliza aparatos SQUID (dispositivos superconductores de interferencia cuántica) y requiere aislamiento magnético.

Registro Invasivo de Señal Eléctrica del SNC: Corticografía

• Colocación de una "manta de electrodos" directamente sobre el cortex cerebral.
• Se usa clínicamente para localizar el origen de ondas anormales en focos epileptógenos.

Registro Fisiológico No Invasivo de Actividad Periférica

• Incluye la actividad electrodérmica (AED), actividad cardiovascular, electromiografía (EMG), electrogastrografía (EGG), Electrooculografía (EOG), actividad de las vías respiratorias, y actividad genital.
• La actividad electrodérmica (AED) se refiere a los cambios en las propiedades eléctricas de la piel.
• La actividad cardiovascular son la frecuencia cardíaca (FC), presión sanguínea, volumen de pulso, potencia cardiaca y resistencia periférica total.
• La Electromiografía (EMG) es el registro de la actividad eléctrica de los músculos.
• La Electrooculografía (EOG) registra la actividad pupilar.
• Actividad de las vías respiratorias y cambios en la capacidad pulmonar se registra con el volumen o cantidad de aire que se inspira o espira durante un ciclo respiratorio, la frecuencia o número de ciclos respiratorios por minuto, la resistencia del aire al paso por las vías respiratorias y la tensión arterial de dióxido de carbono.
• Actividad genital, tanto del pene como la vagina, la podemos registrar con los pletismógrafos específicos para ello.

Técnicas Intervencionistas de Estimulación del SNC Humano

• Pueden ser invasivas o no invasivas.

Técnicas Invasivas: Penfield y Wada

• Técnica de Penfield: estimulación con electrodos directamente sobre el cortex para localizar neuronas responsables de actividades anormales.
• Test de Wada: administración de amital sódico en la arteria carótida para anestesiar temporalmente un hemisferio y evaluar funciones cognitivas.

Técnicas No Invasivas: EMT y Neurofeedback

• Estimulación Magnética Transcraneal (EMT): induce corriente en el cerebro mediante un campo magnético a través del cuero cabelludo.
• Neurofeedback: aplica técnicas de biofeedback a la actividad nerviosa, condicionando operantemente la actividad electroencefalográfica.

Técnicas Invasivas en Investigación Fisiológica: Estereotaxia e Histología

• La cirugía estereotáxica usa un atlas estereotáxico y un aparato estereotáxico para localizar estructuras cerebrales y colocar electrodos o cánulas.
• Se utiliza para lesiones, estimulación o inyección de sustancias químicas.
• Neurotoxinas selectivas: ácido kaínico, ácido iboténico (destruyen cuerpos celulares) y 6-OHDA (lesiona neuronas dopaminérgicas).
• El doble marcaje combina la localización de sustancias neuroquímicas con trazadores anterógrados y retrógrados.
• En humanos, se usan marcos y atlas estereotáxicos para implantar electrodos en el tratamiento de enfermedades como el Parkinson.
• La histología prepara tejidos para observación microscópica post-mortem.
• El proceso incluye fijación, endurecimiento, corte con microtomo, montaje y tinción.
• El microscopio electrónico permite una observación detallada, incluyendo microscopios electrónicos de barrido para imágenes en 3D.

Técnicas Genéticas

• Incluyen la creación de ratones "knockout" (sin un gen específico) y "transgénicos" (con genes humanos).
• La evaluación conductual es compleja debido a la naturaleza poligénica de los rasgos.
• Los análisis de polimorfismos genéticos (variaciones en la secuencia de ADN) son importantes.
• La genética cuantitativa analiza influencias genéticas y ambientales usando estudios de familias, adopción y gemelos.
• Los estudios de gemelos comparan la concordancia entre monocigóticos y dicigóticos.
• Los estudios de adopción comparan similitudes entre hijos adoptados y padres biológicos vs. adoptivos.
• La combinación de métodos de genética molecular y cuantitativa ayuda a comprender la regulación genética del comportamiento.

Pruebas de Evaluación Conductual en Seres Humanos

• Se centran en relacionar resultados de pruebas conductuales con variables biológicas o neurales.
• La evaluación neuropsicológica explora funciones cognitivas tras daño cerebral para la rehabilitación.
• Incluye escalas breves de rastreo cognitivo y baterías estandarizadas como el Test Barcelona Revisado (TBR).
• Las técnicas de división sensorial, como campos visuales separados, escucha dicótica y palpación diháptica, se utilizan para estudiar la lateralización hemisférica.
• Estas técnicas son importantes para evaluar pacientes "split-brain" (con el cuerpo calloso seccionado).

Técnicas de Evaluación de la Conducta Animal

• Evalúan comportamientos típicos de la especie, como aseo, natación, comida, cópula, agresión y construcción de nidos.
• El campo abierto evalúa la actividad motora y la emocionalidad.
• La rueda de actividad y el actímetro registran la actividad motora continua.
• El Test de natación forzada registra la actividad natatoria y la inmovilidad.
• Los modelos de agresión utilizan machos y diversos paradigmas (aislamiento, dolor, frustración, lesión cerebral, retirada de drogas, estimulación cerebral, competición, victoria repetida).
• Los encuentros agonísticos se graban y analizan con programas de valoración conductual.
• Técnicas clásicas de condicionamiento: Condicionamiento de preferencia de lugar (CPL).
• Técnicas clásicas de condicionamiento: Condicionamiento de evitación activa y pasiva.
• Técnicas clásicas de condicionamiento: Autoadministración de fármacos y la autoestimulación eléctrica intracraneal (AEI).
• Laberintos para roedores como el de agua y el radial se utilizan medir la memoria espacial y de otros procesos, la ansiedad y el aprendizaje.