Diseñan escáner para realizar tomografía de difusión óptica cerebral

Los científicos han desarrollado una sofisticada tecnología para el escaneo cerebral que rastrea lo que ocurre en el cerebro encendiendo en la cabeza las luces de decenas de luces LED muy pequeñas. Esta nueva aplicación para imágenes neurológicas se compara favorablemente con otros métodos, pero evita la exposición a la radiación y a los enormes imanes que requieren esos otros métodos, de acuerdo con hallazgos recientes.

Este nuevo método óptico para los exámenes cerebrales es adecuado para los niños y para pacientes con implantes de dispositivos electrónicos, tales como marcapasos, implantes cocleares y estimuladores cerebrales profundos (los utilizados para tratar la enfermedad de Parkinson). Los campos magnéticos de la resonancia magnética (RM) con frecuencia interrumpen la funcionalidad o la seguridad de los aparatos eléctricos implantados, mientras que con esta técnica óptica no se presenta esa interferencia.

La nueva tecnología se llama tomografía de difusión óptica (DOT). Si bien los investigadores la han estado desarrollando durante más de 10 años, esta tecnología se había limitado a pequeñas regiones del cerebro. El nuevo dispositivo DOT cubre dos terceras partes de la cabeza y, por primera vez, permite obtener imágenes de los procesos cerebrales que se producen en diversas regiones y redes del cerebro, tales como las que participan en el procesamiento del lenguaje y la autorreflexión (soñar despierto).

Los hallazgos del estudio fueron publicados, en línea, el 18 de mayo de 2014 en la revista Nature Photonics. “Cuando aumenta la actividad neuronal de una región del cerebro, fluye sangre muy oxigenada a las partes del cerebro que hacen más trabajo y podemos detectar eso”, dijo el autor principal Joseph Culver, PhD, profesor asociado de radiología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en San Luis (MO, EUA). “Es más o menos similar a la detección del flujo de la sangre a las mejillas de una persona, cuando se ruboriza”.

La técnica se realiza mediante la detección de luz transmitida a través de la cabeza y la captura de las alternancias dinámicas en los colores de los tejidos del cerebro. Aunque la tecnología DOT se utiliza, por ahora, sólo para investigación, tiene el potencial para ser útil en muchas situaciones médicas como un sustituto para la resonancia magnética funcional (fRM), la tecnología de imagen más utilizada normalmente para el mapeo de la función del cerebro humano. Además, la fRM monitoriza la actividad del cerebro a través de los cambios en el flujo sanguíneo. Además de añadir mucho a la comprensión del cerebro humano, la fRM se utiliza para diagnosticar y controlar las enfermedades cerebrales y su tratamiento.

Otro método imagenológico utilizado normalmente para el mapeo de la función cerebral es la tomografía por emisión de positrones (TEP), que implica exposición a la radiación. Dado que la tecnología DOT no utiliza radiación, se pueden realizar muchos exámenes durante un lapso, para monitorizar el progreso de los pacientes tratados por lesiones cerebrales, trastornos del desarrollo como el autismo, enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson y otras enfermedades.

De modo diferente a la fRM y a la TEP, la tecnología DOT está diseñada para ser portátil, por lo que podría ser utilizada junto a la cabecera del paciente o en el quirófano. “Con las nuevas mejoras en la calidad de la imagen, la DOT se está acercando mucho más a la resolución y la exactitud de la posición de la fRM”, dijo el autor principal, Adam T. Eggebrecht, PhD, investigador de post-doctorado. “Esto significa que la DOT se puede utilizar como un mejor sustituto en situaciones donde no se puede utilizar la fRM”.

Los investigadores tienen muchos planes para la aplicación de la DOT, incluyendo establecer más acerca de cómo es que la estimulación profunda del cerebro ayuda a los pacientes de Parkinson, obtener imágenes del cerebro durante las interacciones sociales o estudiar lo que ocurre en el cerebro durante la anestesia general o cuando el corazón se detiene temporalmente durante una cirugía cardíaca. Para el estudio actual, los investigadores corroboraron el desempeño de la DOT comparando sus resultados con exámenes de resonancia magnética funcional. La información fue recolectada con los mismos participantes en el estudio y se hizo un parangón con las imágenes de resonancia magnética funcional y las de la DOT. Buscaron el área de Broca, un área clave del lóbulo frontal utilizada para la producción del habla y el lenguaje. La coincidencia de la región del cerebro identificada como la región de Broca mediante los datos de DOT y los de las exploraciones con fRM fue aproximadamente de 75%.

En una segunda serie de pruebas, los investigadores utilizaron la DOT y la resonancia magnética funcional para detectar las redes del cerebro que están activas cuando un sujeto está descansando o sueña despierto. El interés de los investigadores en estas redes ha crecido enormemente en la última década en cuanto que esas redes se han relacionado con muchas facetas diferentes de la salud y de las enfermedades del cerebro, como el autismo, la esquizofrenia y la enfermedad de Alzheimer. En estos estudios, la información obtenida con la DOT también reveló una notable similitud con la fRM, al seleccionar el mismo grupo de tres regiones de cada hemisferio. “Con la mejora de la calidad de la imagen del nuevo sistema DOT, estamos mucho más cerca de lograr la exactitud de la fRM”, dijo el Dr. Culver. “Hemos alcanzado un nivel de detalle que, hacia el futuro, podría hacer que la imágenes neurológicas ópticas sean mucho más útiles en la investigación y en la clínica”.

Considerando que la DOT no les permite a los científicos ver muy profundamente en el cerebro, los investigadores pueden obtener información eficaz del tejido que tenga una profundidad hasta de aproximadamente 1 cm. Ese 1 cm contiene algunas de las zonas más críticas del cerebro, donde se realizan muchas de las funciones cerebrales superiores, como el lenguaje, la memoria y la conciencia de sí mismo.

Durante las exploraciones con DOT, el individuo lleva una gorra compuesta por muchas fuentes y sensores de luz conectados por cables. La unidad de DOT a gran escala ocupa una superficie un poco más grande que una cabina telefónica de tipo antiguo, pero el Dr. Culver y sus colegas han construido prototipos de un escáner para montar en un carrito con ruedas. Siguen trabajando para hacer que esta tecnología sea más portátil.


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Washington University School of Medicine in Saint Louis