¿Cuántas partes tiene el cerebro? Parte II - Psicomemorias
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¿Cuántas partes tiene el cerebro? Parte II

En una entrada anterior (si no leíste “¿Cuántas partes tiene el cerebro? Parte I” te recomiendo que le eches un vistazo primero) hicimos un recorrido por algunas de las técnicas que los neurocientíficos usan para mapear el cerebro. Estas técnicas, cada una de ellas con sus peculiaridades, nos permiten ver ciertos aspectos de la compleja organización del cerebro como las neuronas o las sustancias químicas que intervienen en la comunicación neuronal. En base a estos aspectos, los científicos pueden generar diferentes mapas que nos ayuden a entender cómo funciona este intrincado órgano.

No obstante, las técnicas descritas tienen un coste muy alto. Todas ellas implican necesariamente que se utilicen animales, esperar a que una persona fallezca para meterle mano a su cerebro o, en el mejor de los casos, aprovechar las operaciones de neurocirugía para estudiar dicho órgano en vivo y en directo. Pero lo ideal sería poder estudiar el cerebro de las personas sin provocarles ningún tipo de daño. Afortunadamente, en las últimas décadas se ha desarrollado una gran variedad de técnicas de imagen cerebral que nos permiten saltarnos esta limitación.

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El Diploria labyrinthiformis es una especie de coral que recibe el apodo de “coral cerebro” debida a su semejanza con la superficie cerebral de los humanos, llena de surcos y pliegues. (Fuente: Wikicommons)

Primeros pasos de las técnicas de imagen cerebral

Resulta curioso que, hasta la segunda mitad del siglo XX, las personas interesadas en el estudio de la organización del cerebro eran casi siempre médicos o biólogos. Sin embargo, en la historia reciente esto cambió. Durante los años 50 del siglo pasado, el físico Allan Cormack se sintió atraído por las posibilidades que la física de partículas y, en concreto, los rayos X, podían tener en otros ámbitos de la ciencia. De este modo, tras una década de trabajos, publicó una serie de artículos científicos en los que explicaba que sería posible construir una máquina que fuera capaz de ver a través de la carne para poder estudiar el interior de nuestro cuerpo.

Estos artículos pasaron bastante desapercibidos, hasta que llegaron a manos de un ingeniero, Sir Godfrey Hounsfield, que decidió construir un prototipo de la máquina siguiendo los cálculos teóricos desarrollados por Cormack. De este modo, gracias al interés de personas con formación técnica, fue posible desarrollar la tomografía axial computerizada (TAC). A grandes rasgos, esta técnica realiza diferentes radiografías rotando alrededor del cuerpo que luego son combinadas por ordenador. El resultado es una serie de finas rodajas que permiten estudiar con cierto nivel de detalle el interior de nuestro cuerpo.

La tomografía axial computerizada permitió estudiar el cerebro de pacientes con problemas neurológicos, revolucionando el diagnóstico médico. Sin embargo, la resolución de las imágenes generadas con esta técnica sólo permite detectar grandes alteraciones. (Fuente: Wikicommons)

La tomografía axial computerizada permitió estudiar el cerebro de pacientes con problemas neurológicos, revolucionando el diagnóstico médico. Sin embargo, la resolución de las imágenes generadas con esta técnica sólo permite detectar grandes alteraciones. (Fuente: Wikicommons)

A pesar de que la TAC supuso un gran avance para la medicina, no estaba exenta de problemas. Como sabemos hoy, las radiaciones ionizantes que usa esta técnica pueden tener efectos nocivos para la salud si se usa con frecuencia.

La navaja suiza de las técnicas de imagen: la resonancia magnética

De forma paralela, otros físicos como Felix Bloch y Edward Purcell experimentaban con los principios de la resonancia magnética nuclear, aunque durante un par de décadas ésta fue usada casi exclusivamente para estudiar la estructura química de distintas sustancias. No sería hasta la década de los 70 cuando el químico Paul Lauterbur y el físico Sir Peter Mansfield desarrollaron lo que hoy conocemos como imagen por resonancia magnética para el estudio de los cuerpos –incluyendo, entre los primeros experimentos, unos cuantos pimientos verdes–.

La resonancia magnética se basa en un principio físico fundamental: ciertas partículas (como los electrones, protones y algunos núcleos atómicos) absorben energía electromagnética al ser colocados en un potente campo magnético. Dependiendo de la estructura interna de cada uno de estos elementos, su respuesta es diferente. Tras alinearse con el campo magnético y acumular energía, cada partícula “se relaja” y libera el exceso de energía a un ritmo distinto hasta volver a su estado de equilibrio inicial. Estas diferencias en el tiempo de relajación nos permiten crear imágenes en las que observar el contraste entre distintas regiones cerebrales en función de su composición.

La imagen por resonancia magnética cuenta con una mayor resolución que la TAC. Esto permite no sólo detectar problemas médicos más sutiles, sino también estudiar la organización del cerebro con un mayor nivel de detalle. (Fuente: Wikicommons)

La imagen por resonancia magnética cuenta con una mayor resolución que la TAC. Esto permite no sólo detectar problemas médicos más sutiles, sino también estudiar la organización del cerebro con un mayor nivel de detalle. (Fuente: Wikicommons)

Al principio la imagen por resonancia magnética (MRI por sus siglas en inglés) permitía ver, exclusivamente, la estructura del interior del cráneo. Esto de por sí ya supuso un gran avance, pues la resolución de estas imágenes es mucho mayor a la de las técnicas de imagen que existían previamente. Además, la resonancia magnética no depende del uso de las radiaciones ionizantes como el TAC, por lo que no son peligrosas para la salud. No obstante, la razón fundamental por la que esta técnica se ha convertido en la primera opción para investigadores de todo el mundo tiene que ver con el hecho de que, con pequeñas modificaciones, puede adaptarse a distintas situaciones, permitiéndonos estudiar diversos aspectos de la organización cerebral. Sin ánimo de ser exhaustivos, vamos a hacer un repaso por algunas de las posibilidades que nos ofrece esta técnica.

Estructura cerebral

Además de ver la estructura interna del cerebro, las imágenes por resonancia magnética nos permiten hacer cálculos sobre ellas. Por ejemplo, existen herramientas informáticas que nos muestran si hay una relación entre el tamaño de dos o más regiones cerebrales en un conjunto de individuos. Un ejemplo de este tipo de análisis sería comparar el volumen que ocupan la corteza prefrontal y la amígdala cerebral en personas sanas y pacientes con alguna enfermedad mental. De esta forma podríamos encontrar (en este hipotético ejemplo) que los pacientes tienen menor volumen de tejido nervioso en una de las estructuras que hemos comparado, indicando un posible daño neurológico.

Otra posibilidad para el estudio de la estructura cerebral es el análisis de las grandes vías y tractos que conectan diferentes regiones. Es decir, podemos analizar el cableado interno del cerebro para, por ejemplo, detectar si en ciertos pacientes existe un problema de conexión entre dos o más regiones importantes. Estas imágenes, denominadas resonancias magnéticas de difusión, se basan en el movimiento de los fluidos en medios semipermeables. De la misma forma que la envoltura de un cable facilita que la electricidad circule a lo largo del mismo y no hacia fuera, los “cables” o tractos que conectan el cerebro están recubiertos de mielina, un aislante que facilita la comunicación neuronal. Gracias a este aislante, las moléculas de agua circulan por el interior de los tractos fundamentalmente en una sola dirección, y esto es lo que podemos captar con la resonancia magnética.

Las imágenes de las vías o tractos de conexión cerebral son muy vistosas, ya que para facilitar su interpretación se colorea cada dirección del espacio en un color distinto (p.ej: en rojo los tractos que van izquierda-derecha, en azul los tractos que van abajo-arriba y en verde los que van alante-atrás), generando unos mapas realmente bonitos. (Fuente: Wikicommons)

Las imágenes de las vías o tractos de conexión cerebral son muy vistosas, ya que para facilitar su interpretación se colorea cada dirección del espacio en un color distinto (p.ej: en rojo los tractos que van izquierda-derecha, en azul los tractos que van abajo-arriba y en verde los que van alante-atrás), generando unos mapas realmente bonitos. (Fuente: Wikicommons)

Función cerebral

A principios de los 90, el físico japonés Seiji Ogawa descubrió un fenómeno que revolucionó el campo de la imagen cerebral. Este investigador se dio cuenta de que el cerebro, como no puede almacenar glucosa de la cual obtener energía para funcionar, necesita un aporte continuo de sangre que le provea de toda esa glucosa. Por tanto, si una región cerebral determinada está, digamos, trabajando a mayor intensidad, necesitará un extra de glucosa para hacer frente a su tarea, por lo que deberíamos ver un aumento del riego sanguíneo en esa región. Dicho aumento podemos detectarlo gracias a las propiedades magnéticas de la hemoglobina, una proteína de la sangre que ayuda a transportar el oxígeno, y generar imágenes que nos muestren qué partes del cerebro se hallan más activas ante determinadas situaciones.

Gracias a este sencillo fenómeno, los investigadores son capaces de crear experimentos en los que comparar, por ejemplo, una tarea en la que la persona tiene que reconocer las emociones en fotografías de personas, y cotejarlo con la actividad del cerebro “en reposo”. Hoy en día sabemos que el cerebro nunca para, y aunque no estemos haciendo nada, podemos detectar una intensa actividad en este órgano. Sin embargo, la única forma en la que podemos medir la actividad cerebral es comparándola con algo, así que tomamos una medida de cuando la persona no está haciendo nada en concreto, estando simplemente tumbada en el escáner de resonancia, y la comparamos con la actividad registrada durante el experimento. Aquellas regiones cerebrales que, comparativamente, se encuentren más activas durante el experimento, serán las que posiblemente jueguen un papel en aquella función que estemos midiendo (atención, memoria, lenguaje, etc.).

Además, la resonancia magnética funcional también permite usar otros tipos de análisis computacionales para obtener más información. Uno de los más populares es el estudio de la llamada conectividad funcional. A diferencia de las imágenes generadas por la resonancia magnética de difusión, que nos muestran los tractos y conexiones físicas entre distintas regiones del cerebro, la conectividad funcional es algo más sutil. Esta técnica muestra la relación entre los patrones de actividad de dos o más regiones cerebrales. Por ejemplo, si dos regiones que no están físicamente conectadas varían su patrón de actividad de forma muy similar, es posible que estén relacionadas entre sí –quizá ambas están conectadas con una tercera estructura.

La resonancia magnética funcional nos permite contrastar dos situaciones para estudiar las diferencias en la actividad cerebral entre ambas. Pero que no te engañen, el cerebro siempre está activo. Lo que vemos coloreado son las regiones que, de forma relativa, se encuentran más activas durante la situación que nos interesa, pero eso no quiere decir que el resto del cerebro esté inactivo. (Fuente: Wikicommons)

La resonancia magnética funcional nos permite contrastar dos situaciones para estudiar las diferencias en la actividad cerebral entre ambas. Pero que no te engañen, el cerebro siempre está activo. Lo que vemos coloreado son las regiones que, de forma relativa, se encuentran más activas durante la situación que nos interesa, pero eso no quiere decir que el resto del cerebro esté inactivo. (Fuente: Wikicommons)

Pero entonces, ¿cuántas partes tiene el cerebro?

Como hemos visto en estas dos entradas, existen muchísimas técnicas muy diferentes con las que estudiar la organización del cerebro. De algún modo, es como si cada técnica fuera un par de gafas que nos muestra la realidad de una forma particular. Podemos usar unas gafas para mirar ciertos aspectos de la estructura cerebral o, si nos interesa, usar otras para estudiar algunas de sus funciones. Sin embargo, cada par de gafas nos limita, a la vez que nos permite ver. Cada una nos da respuestas a algunas preguntas, pero nos deja otras tantas sin responder.

En uno de los más recientes intentos de abarcar la enorme complejidad del cerebro, un grupo de científicos de EEUU, Reino Unido y Países Bajos integraron datos procedentes de distintas técnicas en un único mapa. Es decir, gracias a los más modernos avances en computación, estos investigadores pudieron combinar los aspectos característicos de cada técnica para lograr el mapa con mayor nivel de detalle jamás creado. Dicho mapa cuenta con 180 regiones en cada hemisferio del cerebro. Sin embargo, cabe preguntarse: ¿será este el mapa definitivo? Dejaremos que decidas, en base a lo que has leído en esta entrada así como en la anterior, qué creer.

Quizá a muchos la incertidumbre les parezca un fracaso. Sin embargo, la belleza de la ciencia reside en ser un proceso de aproximación a la verdad. No se trata de tener o no la última respuesta, sino de seguir avanzando, cada vez más y más cerca, aunque nos dé vértigo al ser conscientes de lo que aún nos queda por recorrer.

Daniel Alcalá López

Psicólogo, Máster Oficial en Fisiología y Neurociencia y estudiante de doctorado por la Universidad Técnica de Aquisgrán (RWTH Aachen, Alemania). Anteriormente en París (Francia), colaborando con el grupo PARIETAL en el NeuroSpin, un centro de investigación en neuroimagen centrado en el modelado de la estructura, función y conectividad cerebral. Su investigación se centra en el uso de herramientas de aprendizaje automático (machine learning) para explorar la conectividad cerebral asociada al procesamiento de la información social y afectiva.

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