Tema 2: Métodos y técnicas

Los avances en física e ingeniería han ayudado a nuestra forma de entender el funcionamiento del cerebro, muchas técnicas se han desarrollado gracias a esto. Una ciencia es tan buena como lo son sus métodos, pero éstos sólo son válidos cuando se cuenta con asunciones sobre el cerebro. La manera de cómo se conceptualice el cerebro va a determinar cómo se estudie, y el modo de estudio las conclusiones.

Los psicobiólogos intentan relacionar los aspectos psicológicos y los biológicos. La tendencia general es estudiar cómo funciona el cerebro a nivel de componentes y luego cómo estos componentes funcionan como conjunto. La investigación se orienta a partes anatómicamente distinguibles. Se han desarrollado varias técnicas: métodos fisiológicos y métodos psicológicos. Trataremos los primeros.

Métodos fisiológicos

• Lesión: se daña o extirpa una parte del cerebro y se estudian los cambios en conducta.

• Estimulación: eléctrica o química. Se estudian las funciones de diferentes áreas del cerebro estimulándolas y estudiando los cambios en conducta.

• Registro: es el más reciente. Registrar la actividad nerviosa, incluso cuando el individuo realiza alguna tarea.

Lesión

La finalidad es determinar la función de áreas concretas del cerebro. La lesión es el acercamiento más intuitivo. Su lógica: si una parte del cerebro se puede identificar como unidad funcional y se puede anular, luego observar y medir las conductas resultantes puede ayudar a conocer y confirmar cuál es la función. Cualquier cambio conductual está relacionado con el área que se ha anulado.

Esta técnica sigue usándose en la actualidad, aunque de manera mucho más selectiva. Se practica en animales, aunque alguna vez se usó en humanos (lobotomía frontal para tratar la esquizofrenia mediante la inyección de alcohol, bien desconexión mediante la sección de las conexiones de este lóbulo con el resto del cerebro). Se usa “ablación” para manifestar la extirpación de áreas cerebrales.

Todos estos acercamientos implican asumir que el cerebro es modular, que las conexiones son en paralelo. Si se conectaran en serie, la extirpación va a afectar a todo el sistema, y no nos va a proporcionar conocimiento.

La lesión tiene algunos problemas:

Sólo se puede aceptar este procedimiento si es contrastando el análisis de muchos componentes, ningún experimento individual es muy relevante. Estos problemas se resuelven en parte con el conocimiento de la organización cerebral. Se dispone de técnicas que dicen el alcance de las lesiones.

Existen por otro lado nuevas técnicas de destrucción selectiva, que han venido a sustituir a los “procesos groseros”. Son procesos más finos que anulan áreas muy pequeñas. Hay una gran variedad de técnicas:

Por último, hallamos el problema de traducir los síntomas a la función del cerebro; no es fácil asumir que la función que se pierde esté relacionada con el área lesionada, además pueden surgir los llamados “efectos positivos”, es decir, que a raíz de una lesión no sólo no desaparezcan comportamientos, sino que aparezcan otros nuevos. No obstante, la lesión ha contribuido mucho a nuestro conocimiento del cerebro.

Estimulación

Puede ser eléctrica o química. Se estimulan partes del cerebro y se observa la conducta. Mediante implantación de cánulas, en la estimulación química, o de electrodos, en la eléctrica. En la estimulación eléctrica lo que se hace es medir la diferencia de intensidad eléctrica entre dos electrodos. Cuando son regiones profundas se recurre también al aparato estereotáxico.

Su lógica: se trata de imitar la actividad normal de esas partes del cerebro; cuando se estimula cierta región cerebral se supone que el animal va a comportarse como si la estimulación fuera natural.

Macroestimulación: se activan muchas células nerviosas. Microestimulación: se activa una sola o una pequeña comunidad (mediante microcánulas, o microelectrodos con corrientes de baja intensidad). Con la micro se quieren estudiar ciertos “patrones” de actividad relacionados con conductas concretas. En el caso de que sea química se conoce como iontoforesis o microiontoforesis.

La actividad cerebral implica neurotransmisores y receptores. Se sabe que existen fármacos que imitan el efecto (agonistas) o lo bloquean (antagonistas); son específicos para determinados neurotransmisores o receptores y actúan sobre la sinapsis.

La estimulación no altera la organización del cerebro, por lo que serviría tanto si funcionara en serie como en paralelo. Pero, cuando se estimula una región, ésta puede estimular a su vez otra; siempre cabe la duda de si se conocen verdaderamente todas las zonas que han sido estimuladas.

Problemas:

La estimulación es una técnica complicada, sobre todo en la macro, porque con una estimulación inadecuada se corre el riesgo de bloquear el patrón normal. Asegurar que la estimulación sea realista, que se asemeje a la realidad, es difícil. Otro problema es el gradiente de intensidad: si queremos estimular toda una zona hay que inyectar más en el centro para que llegue a las zonas más periféricas (los niveles, muchas veces, no son realistas).

Algunos problemas específicos de la microestimulación son:

• Las células grandes se estimulan más fácilmente que las pequeñas, que tienen unos umbrales más altos.

• Hay células tan pequeñas que es muy complicado afinar.

Registro

Su lógica: si una parte del cerebro es relevante para un proceso, debería existir un cambio importante en ella cuando se evoca ese proceso. No es sólo actividad eléctrica, sino también química. Hasta hace poco no se podía estudiar esta última.

Existen muchas técnicas, pero no todas sirven para estudiar la conducta. El registro eléctrico consiste en el examen de la actividad eléctrica de las células ante determinadas situaciones; se emplean 2 electrodos y se estudia la diferencia de intensidad. El registro de regiones internas requiere el uso del aparato estereotáxico.

Macro registro: estudio de muchas células, de qué partes están activas en determinadas tareas. Micro registro: estudio de células individuales o de pequeñas poblaciones.

El método de macro registro más simple es el electroencefalograma (EEG), en el que se observa la actividad mediante macroelectrodos colocados en el cuero cabelludo. Determina el estado funcional general pero es difícil relacionar los resultados con operaciones concretas de áreas concretas.

• Registro monopolar: un electrodo se coloca en el lugar que se quiere estudiar y el otro en una zona de silencio eléctrico.

• Registro bipolar: ambos electrodos a los lados del lugar elegido.

El resultado es la suma de la comparación dos a dos de los electrodos. No proporcionan una localización de áreas específicas. Las ondas varían según el estado de consciencia.

Potenciales Evocados: es una forma de macro registro no invasiva. Se obtiene de promediar informaciones del EEG. Mediante este promedio se eliminan los “ruidos” de fondo y podemos obtener la señal (los potenciales evocados), que son cambios de voltaje relacionados con acontecimientos específicos y limitados en el tiempo; cambios en una determinada región del cerebro y que son evocados por algún estímulo.

Las ondas que se obtienen son muy complejas, así que se pueden estudiar por partes. El análisis se suele centrar en los “picos” y ondas de la señal.

Hay evidencias de que algunos componentes de los PE están relacionados con la toma de decisiones. La P300 es un potencial positivo grande y que ocurre a unos 300 mlseg. de la presentación del estímulo (varía según la decisión que haya que tomar sobre un estímulo). Pero ésta sólo ocurre si el estímulo tiene algún significado para el sujeto.

Micro registro: Proporciona información adicional que no dan los procedimientos anteriores. Se emplean microelectrodos para estimular una región muy pequeña. La técnica permite observar células individuales en animales incluso en movimiento. Puede revelar los detalles del patrón de actividad que presentan las células nerviosas ante determinado estímulo. Aunque el planteamiento de esta técnica es bastante sencillo, el llevarlo a la práctica tiene sus complicaciones.

Procedimientos no invasivos

Los procedimientos invasivos son los que implican penetración en el tejido cerebral. Los no invasivos se basan en métodos externos, por lo tanto pueden usarse en humanos.

Tomografía Axial Computerizada (TAC)

Fue la primera técnica de neuroimagen disponible (1972). Suministra imágenes anatómicas tridimensionales en las que el investigador puede localizar las lesiones. Es un ordenador el que organiza tridimensionalmente las informaciones de rayos X. Éstos proporcionan placas de secciones horizontales.

Se proyectan rayos X a través de la cabeza del paciente. El tubo de rayos X y el detector van girando alrededor de la cabeza. El detector va a medir el número de fotones que atraviesan. Si alguna de las regiones absorbe una cantidad que no es la normal es que está dañada, y esto se reflejará en las imágenes. Se combinan las secciones (8 ó 9) y se obtiene un scanner por TAC.

Resonancia magnética (RM)

Tiene mayor utilidad que el TAC, y lo ha reemplazado. Puede presentar con gran detalle las regiones y lesiones cerebrales. El funcionamiento es bastante complicado.

Lo que estudia son las ondas emitidas por los átomos de hidrógeno cuando son activados magnéticamente. Las informaciones son computerizadas, y esto proporciona una representación tridimensional.

Cuando se produce un patrón diferente, es que hay lesiones.

Registros metabólicos

Se sabe que el flujo sanguíneo cerebral, el metabolismo de la glucosa y el consumo de oxígeno por las neuronas es proporcional al grado de actividad de éstas.

Tomografía por Emisión de Positrones (TEP, PET)

Proporciona información sobre la actividad metabólica del cerebro. Proporciona imágenes tridimensionales. Al sujeto se le inyecta 2-desoxiglucosa radiactiva (2-DG), una sustancia semejante a la glucosa, que se absorbe más rápidamente y que no puede ser metabolizada, acumulándose en las neuronas.

Nos indica qué áreas del cerebro son más activas en determinadas tareas. Las partículas que emite esta sustancia son captadas desde el exterior y la información computerizada.

Los problemas que tiene son la limitada resolución espacial y temporal. La principal desventaja es el alto coste, los isótopos son de vida muy corta, por lo que tiene que ser acelerados en el mismo laboratorio.

Tomografía por emisión de fotones simples (SPECT)

Proporciona imágenes tridimensionales, incluso de estructuras profundas, y no necesita acelerador de partículas. Sin embargo, su fiabilidad aún no está bien definida.

Otras técnicas de registro

-Electromiografía (mide la descarga eléctrica de los músculos)

-Electrooculografía (mide la descarga eléctrica de los ojos)

-Actividad electrodermal (descarga de la piel)...

A partir de la bioquímica:

-Inmunocitoquímica ! informa de las características bioquímicas de neuronas específicas.

-Histofluorescencia ! localiza neuronas que contengan determinado neurotransmisor.

-Peroxidasa del rábano ! permite visualizar neuronas y trazar sus conexiones.

Conclusión

Todos estos nuevos avances se han vuelto indispensables para el estudio del cerebro. El ordenador es ahora una herramienta fundamental de estudio.

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