El cerebro es difícil de estudiar no solo por su complejidad inherente: los miles de millones de neuronas, los cientos o miles de tipos de neuronas, los billones de conexiones hacen del proceso de observar y estudiar este órgano algo realmente complejo. Por otro lado, el cerebro también trabaja en varias escalas diferentes, tanto en el sentido físico como en el dominio del tiempo.
Para comprender la actividad eléctrica del cerebro a estas escalas, ninguna tecnología es suficiente por sí sola. Como resultado de esto, los neurocientíficos tienen un conjunto de herramientas a su disposición que utilizan con la finalidad de observar y medir la actividad cerebral.
Si bien estas herramientas son útiles a la hora de diagnosticar, pueden adolecer de falta de detalles, por lo que para obtener una imagen más microscópica de la actividad neuronal, se suele recurrir a animales. Esto permite analizar el comportamiento de neuronas individuales, o pequeños grupos de neuronas, con mucho mayor detalle.
Imágenes por resonancia magnética funcional (IRMf)
La resonancia magnética funcional, o IRMf, es probablemente la tecnología más conocida para registrar la actividad neuronal, pero en realidad no registra la actividad de las neuronas en sí; en cambio, las imágenes multicolores que ve de regiones concretas del cerebro que se iluminan reflejan el flujo sanguíneo en el cerebro. Más precisamente, la señal refleja la presencia relativa de sangre oxigenada contra la desoxigenada; Las regiones activas requieren más sangre oxigenada y, por lo tanto, a pesar de ser indirecta, la IRMf permite a los científicos inferir patrones de actividad neuronal.
La resonancia magnética funcional se ha convertido en un elemento básico de la investigación en neurociencia moderna, pero tiene sus limitaciones. Tanto la resolución espacial (~ 1 mm 3, relacionada con la ubicación) como la temporal (~ 1–2 segundos, relacionada con el tiempo) resultan pobres en comparación con lo que se desearía; un milímetro cúbico contiene alrededor de 60.000 neuronas, suficientes para sustentar toda la vida de una mosca de la fruta o una langosta, y las decisiones perceptivas complejas toman solo cientos de milisegundos, pero la IRMf no brinda acceso a esta información.
Sin embargo, la IRMf permite una mirada inigualable a dónde y en qué medida se pueden localizar diferentes funciones dentro del cerebro humano, y los investigadores continúan ideando formas de mejorar su resolución espacial y temporal, por ejemplo, haciendo que la técnica sea sensible a los cambios neuronales en lugar de a los cambios en el flujo sanguíneo. Ninguna técnica actual iguala a la IRMf por su capacidad para «mapear» o determinar la fuente probable de la función cognitiva dentro del cerebro humano.
Electroencefalograma (EEG)
El electroencefalograma, o EEG, es probablemente la segunda técnica más conocida para registrar la actividad neuronal. Mientras que la IRMf registra el flujo sanguíneo, un proxy de la activación neuronal, el EEG registra directamente la actividad eléctrica del cerebro a través de electrodos colocados en el cuero cabelludo del sujeto.
Sin embargo, el EEG no registra los potenciales de acción, los eventos eléctricos que utilizan las neuronas para comunicarse entre sí. En cambio, examina la actividad sumada de cientos de miles o millones de neuronas en forma de actividad oscilatoria. A diferencia de los potenciales de acción, no se sabe qué información llevan realmente estas oscilaciones, pero las diferentes frecuencias de oscilación se correlacionan con diferentes estados de comportamiento.
El EEG tiene una «resolución temporal» muy superior a la IRMf (~ 1 ms frente a 1 segundo). Debido a esto, el EEG se puede usar para rastrear con mayor precisión la dinámica neuronal en humanos despiertos y, a menudo, se usa para determinar la respuesta eléctrica del cerebro a un estímulo o condición.
La principal limitación del EEG es su mala resolución espacial, mucho más pobre que la de la IRMf. Aunque se sabe que las señales de EEG solo provienen de la corteza cerebral, sigue siendo extremadamente difícil saber con precisión en qué parte de la corteza surgen las señales.
Además, su sesgo cortical significa que no podemos usarlo para medir lo que sucede en el hipocampo, donde se crean y almacenan muchos recuerdos, o en la sustancia negra o estriada, regiones afectadas por la enfermedad de Parkinson. Entonces, a diferencia de la IRMf, el mapeo de actividad no es realmente posible con EEG.
Electrocorticografía (ECoG)
La electrocorticografía es similar al EEG en que mide la actividad combinada de millones de neuronas, a menudo en forma de ondas oscilatorias. Pero existen dos diferencias importantes. Primero, la ECoG requiere la inserción de la matriz de electrodos debajo del cuero cabelludo, por lo que requiere cirugía. Por esta razón, este tipo de examen solo es adecuado para pacientes que ya están programados para una cirugía médica que implique la apertura del cuero cabelludo.
En segundo lugar, la electrocorticografía permite una localización significativamente mejorada de la fuente de actividad, así como el registro de actividad eléctrica de mayor frecuencia. Ambas características ayudan durante la cirugía de la epilepsia, pero para fines de investigación pura, la técnica es demasiado invasiva para ser utilizada en humanos que aún no requieren cirugía cerebral.
Midiendo la actividad cerebral
Los neurocientíficos están justificadamente limitados en el tipo de enfoques que pueden utilizar para estudiar la actividad del cerebro humano. Sin embargo, hasta ahora no existe ninguna tecnología que permita registrar la actividad neuronal detallada a través del cráneo humano, lo que significa que las medidas que podemos tomar brindan información bastante aproximada sobre cómo funciona nuestro cerebro. Sin duda, estos límites de resolución espacial y temporal se mejorarán en un futuro próximo, lo que permitirá mediciones más precisas y una mayor comprensión de la actividad del cerebro humano.