Inicio de la neuroimagen

La neuroimagen o imagen cerebral es el uso de diversas técnicas para obtener imágenes directas o indirectas de la estructura, la función o la farmacología del sistema nervioso. La neuroimagen, que llevan a cabo normalmente los neurorradiólogos, se divide en dos grandes categorías: la imagen estructural, que se ocupa de la anatomía del sistema nervioso y del diagnóstico de la enfermedad intracraneal macroscópica (a gran escala) como un tumor, un ictus o una lesión traumática, y la imagen funcional, que se utiliza para diagnosticar enfermedades y lesiones metabólicas a una escala más fina, como la enfermedad de Alzheimer y también para la investigación neurológica, de psicología cognitiva y la construcción de interfaces cerebro-ordenador. La imagen funcional permite, por ejemplo, visualizar directamente el procesamiento de la información por parte de los centros del cerebro. Este procesamiento hace que la zona del cerebro afectada aumente su metabolismo y se «ilumine» en un escáner. Uno de los usos más controvertidos de la neuroimagen ha sido sus posibilidades para la identificación del pensamiento, la detección de mentiras o la lectura de la mente.

La relación fisiológica entre la función cerebral y los cambios en el flujo sanguíneo fue investigada por Charles Smart Roy y Charles Scott Sherrington en 1890. Diez años antes, a finales de la década de 1870, Angelo Mosso, considerado el fisiólogo italiano más famoso de su época, plasmó sus observaciones anteriores en la hipótesis de que una tarea atencional o cognitiva puede aumentar localmente el flujo sanguíneo cerebral. Para probar esta idea experimentalmente, Mosso concibió el pletismógrafo, un aparato que podía medir las variaciones del flujo sanguíneo cerebral registrando las pulsaciones del cerebro en pacientes con grandes fracturas craneales. Estos resultados generaron interés entre distintos investigadores de la época como William James pues quizá se podía medir por primera vez la actividad cerebral. Pocos años después, en la década de 1880 Mosso inventó la  primera técnica de medida de la actividad cerebral de la historia, la llamada «balanza de circulación humana», que permitía estimar de forma no invasiva la redistribución de la sangre durante la actividad emocional e intelectual.

Angelo Mosso

Angelo Mosso nació en Turín en 1846. Su padre era herrero, y el pequeño Angelo aprendió en su taller a fabricar herramientas y desarrolló una gran habilidad manual en un ambiente de pobreza y privación material, algo que sería fundamental en su labor como investigador y como médico. En la enseñanza secundaria fue un mal estudiante y fue expulsado del instituto, pero a base de implorar su madre consiguió que le perdonaran y que fuera readmitido. Se licenció en Medicina en Turín en 1870 obteniendo las máximas calificaciones tras haber presentado una tesis sobre el crecimiento del tejido óseo, que fue considerada digna de ser impresa. Ejerció como médico en Florencia, Nápoles, Salerno y Messina, pero muy pronto se interesó por la investigación y colaboró en el laboratorio de fisiología de Florencia que dirigía Moritz Schiff. En 1873 obtuvo un premio que incluía una beca para ampliar estudios en el extranjero y se traslada a Leipzig donde fue alumno del fisiólogo Carl Ludwig. En la ciudad alemana Mosso dio tan buena impresión que dos Institutos de Fisiología le ofrecieron un trabajo de asistente, pero él rechazó ambas ofertas. Antes de regresar a Italia permaneció unos meses en París y continuó estudios con Ernst Wilhelm von Brücke, Emil Du Bois-Reymond , Claude Bernard y sobre todo con Étienne-Jules Marey de quien se hizo amigo íntimo. De regreso a casa, asistió asiduamente al Instituto de Fisiología de Turín . En 1875 fue nombrado profesor de farmacología y en 1879 , a la edad de 33 años, sucedió a Jacob Moleschott en la cátedra de fisiología de la Universidad de Turín, de la que fue director durante 25 años. En ese mismo año, la Accademia Nazionale dei Lincei le otorgó el Premio Real por su trabajo Sobre la circulación de la sangre en el cerebro del hombre y tres años más tarde Mosso fue nombrado socio nacional de la misma.

La balanza de la circulación humana y los experimentos que Mosso realizó con ella han permanecido en gran parte desconocidos hasta el redescubrimiento del instrumento original y de los escritos de Mosso por parte de Stefano Sandrone y sus colegas (2014). La balanza de circulación humana consistía en una mesa de madera apoyada sobre un punto, un fulcro. En primer lugar, se pedía a los sujetos que se tumbaran en la balanza y no se movieran. A continuación, tras una fase inicial de adaptación necesaria para que la sangre se redistribuyera en los tejidos corporales, el sujeto era reposicionado de forma que el baricentro se superpusiera al pivote central del fulcro. Este equilibrio se lograba en parte mediante una cuidadosa regulación de los pesos de la balanza, pero también, como demostró Mosso, mediante ajustes del nivel de agua dentro de una botella de vidrio colocada en un lado de la mesa. Una vez alcanzado el equilibrio, el único movimiento observable era el inducido por la respiración. Debido a que esto podría causar un aumento transitorio del flujo sanguíneo hacia las extremidades inferiores, la mesa de madera estaba unida a un pesado contrapeso para amortiguar las fluctuaciones respiratorias.

Mosso expuso a los sujetos a diversos tipos de condiciones experimentales. En su último montaje experimental, el primer estímulo de Mosso fue el sonido de su mano al golpear «el pomo de una llave eléctrica, como las que se utilizan para transmitir telegramas», tras lo cual observó que la balanza se inclinaba hacia el lado de la cabeza. En experimentos posteriores, relatados por la hija de Mosso en 1935, siguió investigando el efecto de las tareas cognitivas en las alteraciones del flujo sanguíneo con paradigmas experimentales que iban desde un estado de reposo a un estado cognitivo activo. Tras el periodo de reposo, Mosso expuso secuencialmente a los sujetos a una amplia gama de estímulos de complejidad cognitiva creciente, como leer una página de un periódico, de una novela, de un manual de matemáticas o de filosofía o una página escrita en un lenguaje abstruso y vio que la creciente complejidad de la tarea requería cada vez más irrigación sanguínea cerebral. Rosso pudo medir estos cambios según la inclinación de la balanza hacia el lado de la cabeza. Vio que la balanza se inclinaba más rápidamente cuando el sujeto leía una página escrita en lenguaje abstruso o perteneciente a un manual que cuando leía un periódico o una novela, una tarea aparentemente menos exigente cerebralmente. Mosso afirmó que el aumento del flujo sanguíneo cerebral era, pues, proporcional a la complejidad de la tarea cognitiva, y además midió la respuesta cerebral a los estímulos emocionales, tanto de forma aislada como en interacción con la cognición. 

En otros dos experimentos cuando el hermano de Mosso leyó una carta escrita por su cónyuge y cuando un estudiante leyó una carta de un acreedor disgustado, «la balanza cayó de golpe». Para su sorpresa, Mosso observó que los sujetos no reaccionaban igual ante el mismo estímulo, y que esta variabilidad podría deberse a las diferencias de «edad… y educación».Mosso planteó varias variables críticas que siguen siendo relevantes en la neuroimagen moderna, como la relación señal-ruido, la elección adecuada del paradigma experimental y la necesidad del registro simultáneo de diferentes parámetros fisiológicos.

Las actuales técnicas de neuroimagen se basan en el mismo principio sobre el que se asienta la «balanza de la circulación humana» de Mosso: un incremento de actividad en una zona cerebral implica y se puede medir, un incremento de la irrigación sanguínea. En su época los registros gráficos de Mosso despertaron un gran entusiasmo entre la población: pronto se podrían descifrar los misterios de la psique mediante investigaciones fisiológicas. En 1908, fue propuesto como candidato para el premio Nobel de medicina.

El éxito de sus publicaciones empujó a Mosso a un nuevo objetivo, inculcar en los italianos la voluntad de mejorar físicamente. En sus escritos, Educación Física de la Juventud y Reforma de la Gimnasia, arremete contra los sistemas en los que se piensa que lo único que hay que cultivar en la juventud es el cerebro. Según Mosso, el hombre debe estar formado física, moral e intelectualmente, y para ello el ideal es un retorno a la tradición grecorromana del pentatlón y los ejercicios de gimnasia al aire libre, donde los jóvenes se fortalecen al mismo tiempo que se divierten. Sus ideas encontraron defensores y detractores, pero al final consiguió impulsar una reforma que introdujo la educación física en las escuelas. Fue presidente de la Sociedad Gimnástica de Turín desde 1896 hasta su muerte.

El segundo paso, realizado en la segunda década del siglo XX, fue el desarrollo de una técnica llamada neumoencefalografía. Este proceso consistía en drenar el líquido cefalorraquídeo del cerebro por medio de una punción lumbar y sustituirlo por aire, oxígeno o helio y a continuación usar una máquina de rayos X convencional.

Los rayos X consiguen muy poco contraste en los tejidos blandos, como el cerebro. Además, todas las estructuras captadas en la imagen se superponen unas a otras, lo que dificulta la identificación de los elementos individuales de interés (a diferencia de los escáneres modernos, que son capaces de producir finos cortes virtuales del cuerpo, incluidos los tejidos blandos). Los ventrículos cerebrales contienen líquido cefalorraquídeo que muestra una densidad similar al tejido nervioso en una imagen radiográfica. Sin embargo, el drenaje de este líquido permite un mayor contraste entre la materia cerebral y los ventrículos, ahora vacíos. El objetivo de la neumoencefalografía es delinear estas estructuras llenas de aire que forman sombras para poder examinar su forma y ubicación anatómica. Tras el procedimiento, un radiólogo experimentado revisa las radiografías para ver si la forma o la ubicación de estas estructuras se han distorsionado o desplazado por la presencia de determinados tipos de lesiones. Esto también significa que, para aparecer en las imágenes, las lesiones tienen que estar situadas justo en el borde de los ventrículos o, si están situadas en otra parte del cerebro, ser lo suficientemente grandes como para empujar los tejidos sanos circundantes en la medida necesaria para causar una distorsión en la forma de las cavidades llenas de aire más distantes. Por lo tanto, los tumores más distantes detectados de esta manera tienden a ser bastante grandes.

El procedimiento fue introducido en 1919 por el neurocirujano estadounidense Walter Dandy. Aunque la neumoencefalografía era la forma más importante de localizar las lesiones cerebrales de su época, era, sin embargo, extremadamente dolorosa y generalmente no era bien tolerada por los pacientes conscientes, que mostraban una  amplia variedad de efectos secundarios, como dolores de cabeza y vómitos intensos, que a menudo se prolongaban más allá del procedimiento experimental.

La neumoencefalografía se realizó ampliamente hasta finales de la década de 1970, cuando fue sustituida por técnicas de neuroimagen modernas más sofisticadas y menos invasivas: la resonancia magnética y la tomografía computarizada. 

Para leer más:

Autor: José R. Alonso

Neurobiólogo. Catedrático de la Universidad de Salamanca. Escritor.

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