katherine rincon

Supongamos que una parte de nuestro cerebro está transmitiendo a una elevada frecuencia. Si esa transmisión suprime o interfiere otras, igualmente importantes, que se estén produciendo de manera simultánea en otras partes del cerebro, se originará un desequilibrio en los procesos neuroquímicos o neuroeléctricos cerebrales que repercutirá en nuestro equilibrio homeostático.

La tendencia natural humana a la búsqueda de alivio, provocará que intentemos mantener el equilibrio perdido, y lo haremos, ya sea a través del uso de sustancias químicas o mediante otros comportamientos disfuncionales.

Las ondas cerebrales recogidas por el EEG procedentes del cortex cerebral, son el reflejo de la actividad neuroquímica en estructuras más profundas. Estas ondas cerebrales han sido categorizadas en estos niveles en base a su frecuencia:

GAMMA	35 Hz +	Se asocian a respuestas cerebrales ante ejecuciones simultáneas. Excitación emocional, ejecución imprevista, patológica
BETA ALTA	18-35 Hz	Representa una actividad relativamente de sincronizada. Eficacia pobre, carente de control, desorganizada.
BETA MEDIA	15-18 Hz	Atención en alerta, eficacia, buenas reacciones rápidas, organizadas para respuestas en serie.
SMR BETA	12-15 Hz	Ritmos sensorio motores (SMR). Alerta controlada. Control emocional.
ALFA	8-12 Hz	Atención pasiva, muy relajada. Pensamiento creativo.
THETA	4-7 Hz	Relajación profunda. Estados de ensoñación. Carente de tiempos secuenciales.
DELTA	0.2-3 Hz	Sueño. Eficacia ejecutiva ausente.

Estas bandas son, en cierto modo, arbitrarias, puesto que existen notables diferencias individuales.

Cualquier persona puede aprender a controlar actividades biológicas involuntarias, si recibe información que le muestra lo que está ocurriendo en el interior de su organismo.

La frecuencia cardíaca, la tensión muscular, la presión arterial y las ondas cerebrales son algunas de las señales del organismo que pueden ser monitorizadas y sujetas a control voluntario por medio de un entrenamiento especializado.

MAPEO TRIDIMENSIONAL DE LA ACTIVIDAD ELECTRICA CEREBRAL

El electroencefalograma (EEG) es el registro clínico más empleado para la evaluación funcional del cerebro. Es una técnica no invasiva y se emplea desde hace mucho tiempo para la detección rápida de estados disfuncionales del cerebro. El fisiólogo Du Bois Rémond fue el primero en observar en 1848 la aparición de una señal eléctrica durante el paso de un estímulo nervioso periférico. Poco tiempo después, en 1875, R. Caton describió el mismo fenómeno a nivel cerebral y efectuó registros tanto en conejos como en simios. No fue sino hasta 50 años mas tarde que se pudo demostrar la existencia de este tipo de actividad en el cerebro humano. La definición del término electroencefalografía se debe al neuropsiquiatra H. Berger, que fue el primero en efectuar registros en superficie de la actividad eléctrica cerebral en el humano. A lo largo de su investigación describió las características principales del EEG, tal como se interpretan en la actualidad, principalmente en lo que concierne a las variaciones rítmicas sinusoidales asociadas a los distintos niveles de atención. Asimismo, pudo asociar algunas diferencias morfológicas a ciertas patologías y fue el primero en efectuar registros durante crisis epilépticas. Actualmente se puede decir que las señales eléctricas adquiridas en la superficie del cuero cabelludo provienen principalmente de potenciales postsinápticos generados en las uniones sinápticas de las poblaciones neuronales, probablemente neuronas piramidales, orientadas perpendicularmente a la superficie.


La cartografía cerebral es una técnica de representación de los trazos electroencefalográficos que permite que la interpretación sea mas sencilla. No se trata de reducir la cantidad de información; por el contrario, los valores estimados en los puntos intermedios a los electrodos de registro, representan un volumen de datos mucho mayor. No constituye tampoco un método de análisis, ya que es necesario llevar a cabo la interpretación posteriormente. El interés principal de la cartografía reside en su capacidad de presentar la información en forma de mapas en dos o tres dimensiones, en donde se sintetiza el contenido de todas las señales registradas en los electrodos. De esta manera, las relaciones espacio-temporales entre las distintas regiones corticales pueden establecerse de una forma mucho más fácil y los fenómenos de muy corta duración, que son difíciles de detectar sobre los trazos, aparecen claramente sobre la cartografía4.

Desde la aparición de los primeros sistemas de registro del EEG (1940), se han llevado a cabo numerosos esfuerzos para mejorar la presentación de los trazos. Es de esta manera que los primeros sistemas de cartografía aparecieron algunos años más tarde (1950). Se puede citar históricamente los sistemas basados en uno o varios tubos de rayos catódicos, donde la intensidad del rayo era función de la amplitud de uno de los electrodos de registro; los sistemas que presentaban superficies pseudo-tridimensionales, donde el nivel del potencial se codificaba también por medio de la intensidad luminosa; los sistemas que generaban contornos de líneas isopotenciales, a veces reconstruídos a mano. La capacidad de las computadoras actuales ha permitido el desarrollo de sistemas cartográficos mucho más sofisticados. Los mapas se presentan en forma de mantos coloreados sobre una superficie que representa el cuero cabelludo, junto con la posibilidad de efectuar una selección del tipo de montaje, del modo de animación, del rango dinámico de la paleta, etc1.

TIPOS DE CARTOGRAFÍA CEREBRAL Y SUS APLICACIONES

Se pueden definir los distintos tipos de cartografía según la información que estos proporcionan como:

Cartografía del nivel de potencial

Este tipo de cartografía se ha aplicado principalmente a la representación de la distribución de potenciales evocados3,6,9 y, en algunos casos, para el análisis de fenómenos espontáneos en epilepsia1,17,19. Consiste en seleccionar un punto sobre los trazos, correspondiente al instante de análisis, y de reconstruir espacialmente la distribución a partir de los valores de potencial registrados en los electrodos. Los niveles estimados con ayuda del algoritmo de interpolación se codifican en distintos colores de la paleta, lo que proporciona una representación directa de la distribución de los valores.

La figura 1 muestra un ejemplo de este tipo de cartografía. A la izquierda se muestran los registros obtenidos en 16 sitios del cuero cabelludo de un sujeto, que corresponden a una función potencial-tiempo. El nombre de los electrodos, que indica una codificación de su localización espacial, se muestra a la izquierda de cada señal. En este caso, se trata de un potencial evocado somatosensorial obtenido por estimulación eléctrica en una de las extremidades; el período de estimulación se observa en las curvas como una zona plana al inicio de los trazos. La respuesta de la corteza a este estímulo aparece entre 25 y 45 ms después y se aprecia en los registros como unas deflexiones negativas y positivas de mayor amplitud.

El interés de la cartografía de potencial consiste en seleccionar un instante de análisis y reconstruir la actividad en toda la superficie de la cabeza, a partir de las señales registradas en algunos puntos, con ayuda de un algoritmo de interpolación adecuado a la forma del craneo. Esto se efectua seleccionando una latencia sobre las curvas, indicada con una barra verde en la figura, que en este caso corresponde a 27.6 ms. El mapa resultante para esta latencia se despliega a la derecha sobre un objeto sintético que simula una cabeza humana, con su correspondiente codigo de colores.

La actividad mostrada en este caso es de análisis interesante, puesto que puede ser modelada a aproximadamente 25 ms como un unico dipolo eléctrico localizado sobre la cisura de Rolando, que sufre una inversión de polaridad en un transcurso de 10 ms. La actividad a 35 ms es de morfología y localización similar, pero de diferente polaridad3.

Cartografía espectral.

Este tipo de cartografía consiste en evaluar el espectro de las señales registradas en los electrodos por medio de un algoritmo para el cálculo de la densidad espectral de potencia, de tal manera que se pueda obtener el contenido en frecuencia de cada banda de interés del electroencefalograma. Típicamente se representan cuatro bandas del espectro: d (0.5-3.5 Hz), q (3.5-7.5 Hz), a (7.5-13.5 Hz) y b (13.5-30 Hz). Este tipo de cartografía ha sido empleado frecuentemente en diversas aplicaciones clínicas para la detección y localización de accidentes vasculares, de tumores cerebrales, para el seguimiento del efecto de sicotrópicos, etc.16

La figura 2 muestra la cartografía espectral correspondiente al registro de una punta de actividad intercrítica en un paciente epiléptico. Las curvas a la izquierda corresponden a los espectros de las señales y, en este caso, se ha reconstruído el mapa para una frecuencia única, marcada con la barra verde, que corresponde a 6 Hz. La paleta de colores empleada en este ejemplo es más adecuada para el mapeo espectral, puesto que no hay una correlación directa entre la información mostrada y contornos de regiones anatómicas.

Cartografía de la densidad de corriente.

La densidad de corriente representa la distribución obtenida por el flujo de corriente entrante y saliente en cada electrodo. Consiste en la estimación de la segunda derivada espacial del potencial, que puede efectuarse gracias a una combinación lineal de los valores de los electrodos próximos, o a partir de una evaluación analítica del laplaciano del operador de interpolación. La carta de densidad de corriente proporciona información complementaria a aquella obtenida por las cartas de potencial, ya que permite observar los focos localizados cerca de la superficie del cuero cabelludo. Este tipo de cartografía ha sido empleada principalmente para la localización en la superficie de las fuentes responsables de una distribución determinada15. Dado que involucra al operador laplaciano espacial, la información que se observa presenta un contraste mucho mayor de diferentes fenómenos eléctricos en la superficie, eliminando la influencia de fuentes dipolares localizadas más profundamente.

La figura 3 muestra los mapas obtenidos en el caso de otro paciente epiléptico. Estos fueron obtenidos en el instante indicado por la barra verde sobre las curvas, al comienzo de la actividad intercrítica de mayor amplitud. La cartografía de potencial (POT) muestra una región de actividad en el lóbulo frontal derecho, entre los cuatro electrodos colocados en esta zona. La cartografía de densidad de corriente (SCD) indica el mismo emplazamiento del fenómeno, pero mucho más focalizado y de menor extensión. Estos dos tipos de representación son complementarios para el análisis de una actividad anormal, principalmente en el caso de epilepsias operables.

Cartografía estadística

Representa las diferencias estadísticas ya sea de datos registrados sobre un sujeto con respecto a otros datos obtenidos para una población, o bien a datos promedio de grupos de sujetos. Se puede aplicar en los distintos tipos de cartografía mencionados precedentemente. Las cartas estadísticas se han aplicado a la detección de distintos problemas cerebrales5,6 y para el seguimiento de medicamentos2.

La figura 4 muestra un ejemplo del empleo de la cartografía estadística, aplicada a mapas de potencial obtenidos para un estímulo visual. En este caso, sólo el electrodo donde se registró la mayor amplitud de potencial se muestra en la figura, en color azul para el sujeto en estudio y en rojo para el promedio de la población. La cartografía promedio (MOY) se muestra en la parte inferior en tres diferentes proyecciones y fue obtenida para un conjunto de 30 sujetos jóvenes normales, Se aplica un estímulo visual que consiste de una imágen de tablero de ajedrez alternante sobre una pantalla de computadora, a contraste, luminosidad y cromaticidad controlados. Se registra la actividad de la respuesta visual en 31 electrodos colocados en varios sitios sobre el cuero cabelludo y con el promedio de cada electrodo para los 30 sujetos se construye el mapa de la población. Las cartografías del paciente (PAT), mostradas para las mismas proyecciones en la parte intermedia de la figura, se comparan estadísticamente con las de la población y, a partir de estas diferencias, se construye un nuevo mapa estadístico (SPM), mostrado en la parte derecha de la figura, con una paleta de colores distinta, para evitar ambigüedad. Las diferencias se cuantifican en unidades de desviación estándar; en términos prácticos se considera que una separación de +/- 2.5 desviaciones estándar corresponde a los límites de normalidad. El sujeto mostrado en la figura 4 presenta en la corteza occipital una región de actividad diferente a la población, sin exceder los límites normales.

CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

El sistema que se ha desarrollado, se probó inicialmente en el Servicio de Biofísica del Hospital Lariboisière, en París, Francia, donde se empleó para estudios de potenciales evocados visuales11,12, y en la Unidad de Epileptología del Hospital Pont Chaillou en Rennes8,13, en el mismo país, donde se empleó como complemento para la visualización de focos epilépticos. En México, una versión mejorada de este sistema ha sido instalada en el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía “Dr. Javier Velasco Suárez” (INNN), dentro de un convenio de colaboración entre este instituto y el Area de Procesamiento Digital de Señales e Imágenes Biomédicas de la Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa. El propósito del estudio en el INNN es el desarrollar herramientas para la evaluación de la profundidad de la anestesia. Asimismo, en colaboración con el Dr. Farid Hassainia del Centro de Estudios del Sueño, de la Universidad de Montreal, Canadá se continúa a trabajar en versiones mejoradas, principalmente en la parte de cartografía estadística. Un sistema más, que contará con una base de datos orientada a objetos, está en desarrollo conjuntamente con el Instituto Nacional de la Comunicación Humana.

El objetivo final de estos proyectos es proporcionar una herramienta de apoyo a los neurólogos y encefalografistas clínicos, que esté al alcance de la mayoría desde el punto de vista de costos, pero que también sea un desarrollo bien fundamentado desde el punto de vista del tratamiento matemático tanto de los datos obtenidos, como de las imágenes que se pueden presentar.

El registro del EEG en superficie continúa siendo una técnica relativamente poco costosa y es sobre todo, no invasiva. Esta técnica permite la detección rápida de distintos tipos de desórdenes cerebrales funcionales, que a veces se encuentran ligados a problemas provenientes de lesiones. La cartografía cerebral consiste en la representación del EEG bajo la forma de superficies coloreadas que permiten una visualización fácil de las relaciones espacio-temporales entre las diferentes regiones corticales activas.

El trabajo que hemos presentado, permitirá la aplicación de estas técnicas en el campo clínico de nuestro país, eliminando la necesidad de contar con un sistema de computación y despliegue que requiere de recursos costosos, utilizando computadoras del tipo PC avanzado, en vez de emplear estaciones de trabajo o computadoras dedicadas al procesamiento gráfico. El conocimiento más profundo sobre la correlación entre la actividad registrada a nivel superficial y las estructuras que presentan actividad al interior del cráneo podrá permitir que se lleve a cabo una mejor explotación de la información contenida dentro de los registros electroencefalográficos. Para esto, las técnicas de imágenes "multimodalidad", donde la cartografía puede compararse con imágenes tanto anatómicas (por ejemplo,tomografía o resonancia magnética nuclear) como funcionales (magnetoencefalografía, SPECT o PET) permitirá establecer una relacion directa de la información contenida en ellas.