2.6: Técnicas invasivas

Objetivos de aprendizaje

1. Describir a qué se refieren los registros de células individuales, los estudios de lesiones, la estimulación cortical directa, los estudios de cerebro dividido y el procedimiento de Wada.
2. Explicar los pros y los contras de las grabaciones de una sola celda.
3. Describir cuándo se pueden utilizar estudios de lesiones, estimulación cortical directa, estudios de cerebro dividido y el procedimiento de Wada.
4. Discutir las limitaciones de los estudios de lesión/cirugía.

Visión general

En esta sección, discutiremos algunas de las otras formas en que investigadores y médicos estudian el cerebro. Estas técnicas son diferentes de lo que se discutió anteriormente en que son más invasivas, técnicas que requieren ingresar al cerebro en lugar de tomar medidas desde el cráneo. Cada una de las siguientes técnicas no se utilizan en voluntarios humanos “sanos” cotidianos. Más bien, estas técnicas se utilizan normalmente cuando hay algo que sucede en el cerebro de interés y los médicos/investigadores necesitan investigar.

Grabaciones de celda única

Una técnica que se utiliza para estudiar animales en neurociencia, conocida como registros unicelulares nos permite registrar la actividad de una célula, al menos en teoría. La idea de las grabaciones de una sola célula es que podamos colocar un dispositivo de grabación muy pequeño, conocido como microelectrodo, en una sola neurona y luego podemos tratar de averiguar qué “activará” esa neurona en particular. Por ejemplo, en el sistema visual, puede encontrar una neurona que se activa cuando una línea se mueve en una dirección determinada en una ubicación determinada. Luego concluimos que esta neurona procesa líneas móviles desde una ubicación particular.

Además, los registros unicelulares tienen una excelente resolución espacial y temporal. El investigador puede decir exactamente de dónde viene la actividad y exactamente cuándo está ocurriendo la actividad.

Sin embargo, los registros de células individuales suelen ser extracelulares (fuera de la célula). Es decir, no graban desde dentro de una sola celda sino, más bien, graban desde fuera de algunas celdas. También, considere que la neurona que responde a una línea en una ubicación particular que se está moviendo en una dirección determinada probablemente no responda a mucho más. Entonces, es extremadamente difícil determinar qué hace exactamente cada celda a través de grabaciones de celda única. Grabar desde un área ignora lo que está sucediendo en todas partes del cerebro.

Estudios de Lesión

Una lesión es un sitio de daño en el cerebro. En neurociencia, realizamos estudios de lesiones tanto en animales como en sujetos humanos. En animales, las lesiones pueden ser realizadas en un área específica por el investigador. Los investigadores son capaces de correlacionar los déficits en función con el área de daño. Por ejemplo, si un investigador daña el área X, y ahora el animal no puede entrar en sueño REM (movimiento ocular rápido), se puede concluir razonablemente que el área X cumple alguna función relacionada con el sueño REM. Aunque lo mismo puede decirse de los estudios de lesiones en humanos, los accidentes o las necesidades médicas son generalmente la fuente de sujetos con lesiones humanas. Recordarás que iniciamos este capítulo mencionando el trágico -pero educativo- caso de Phineas Gage.

Los estudios de lesiones pueden permitir sacar conclusiones muy específicas sobre áreas cerebrales muy específicas. Sin embargo, en sujetos humanos, muchos de los pacientes lesionados tienen daños en múltiples áreas. En general, esto hace que sea más difícil sacar conclusiones sobre la función de las áreas cerebrales. Si la persona tiene daños en las áreas X, Y y Z, y no puede entrar en sueño REM, no estamos seguros de si el área que está relacionada con el sueño REM es el área X, Y o Z o alguna combinación de ellas.

Técnicas Neuroquirúrgicas

Otra forma en que el cerebro ha sido estudiado por los neurocientíficos es a través de diversas técnicas que se emplean antes o durante la cirugía cerebral. Una de esas técnicas, la estimulación cortical directa, ocurre cuando un investigador aplica una pequeña corriente eléctrica directamente al cerebro mismo. Esta estimulación puede provocar excitación o inhibición dependiendo de la cantidad de estimulación que se le dé. Para hacer estimulación cortical directa, el sujeto debe tener su cerebro expuesto durante la cirugía. Uno puede razonablemente hacer la pregunta: “¿Por qué alguna vez haríamos esto?” Bueno, cuando alguien se está sometiendo a una cirugía cerebral, es probable que haya una razón. Por ejemplo, si un paciente tiene un tumor en una porción medial del cerebro, los médicos pueden tener que atravesar tejido cerebral sano para llegar al tumor para que puedan extirparlo. Los médicos deben elegir cuidadosamente qué parte del tejido cerebral sano dañarán para llegar al tumor. Una forma de averiguar qué área haría el menor daño es hacer una técnica conocida como mapeo cortical. Durante el mapeo cortical, la estimulación cortical directa se aplica a varias partes del tejido cerebral sano para mapear sus funciones. Esto permite a los médicos elegir el camino de menor daño.

Alternativamente, el mapeo cortical ahora puede ocurrir a través de electrodos de tira subdural y rejilla implantados quirúrgicamente que permitirán a los investigadores/médicos estimular las áreas cerebrales entre cirugías, a diferencia de durante la cirugía. Adicionalmente, en los últimos años, los investigadores han estado examinando si el TMS es una sustitución apropiada (y no quirúrgica) de la estimulación cortical directa.

Estudios de Cerebro Dividido

En ocasiones, cuando los cirujanos realizan cirugía para mejorar la vida de sus pacientes, pueden crear involuntariamente otros problemas. Un ejemplo famoso de esto involucra a pacientes que fueron sometidos a un procedimiento que efectivamente interrumpe la comunicación entre los dos lados del cerebro. La investigación del cerebro dividido se refiere al estudio de quienes recibieron este tratamiento y los conocimientos resultantes de este trabajo (Rosen, 2018). ¿En qué circunstancias se utilizaría un procedimiento tan aparentemente radical y cuáles son sus efectos?

Para tratar a pacientes con epilepsia severa, los médicos cortan el cuerpo calloso en el cerebro, que es la estructura principal que conecta los dos hemisferios. Hacer esto mantuvo la actividad eléctrica que estaba causando las crisis epilépticas confinada a un hemisferio y ayudó a controlar la epilepsia. Sin embargo, esto también desconectó a los dos hemisferios entre sí, lo que dio lugar a algunos estudios interesantes, donde los investigadores pudieron estudiar las funciones de cada hemisferio de manera independiente. Estos estudios se discutirán más adelante cuando cubramos la lateralización de funciones.

Procedimiento Wada

Una forma adicional de estudiar las contribuciones de cada hemisferio por separado es a través de un procedimiento conocido como Wada. En un procedimiento de Wada, se utiliza un barbitúrico (un medicamento depresor que se usa para diversos fines incluyendo la sedación) para poner “dormir” a la mitad del cerebro y luego se pueden estudiar las contribuciones del otro hemisferio. Los procedimientos de Wada se utilizan típicamente para fines similares al igual que las técnicas de mapeo cortical como la estimulación cortical directa. Pero, en lugar de mapear funciones específicas a áreas específicas (como ocurre con la estimulación cortical directa), el procedimiento de Wada mapea funciones a hemisferios. Por lo general, el Wada se utiliza para identificar qué hemisferio es responsable del procesamiento del lenguaje y las tareas de memoria. Aunque los científicos saben que las funciones del lenguaje suelen estar en el hemisferio izquierdo, no siempre es así (particularmente en individuos zurdos), por lo que el Wada ayudará a determinar qué hemisferio es dominante para las funciones del lenguaje. Para las funciones de memoria, ambos hemisferios juegan un papel importante, pero durante el Wada, los médicos son capaces de determinar qué hemisferio tiene una función de memoria más fuerte.

Una preocupación importante con los estudios de lesion/cirugía

Una cosa a recordar de todos los estudios de lesiones o pacientes quirúrgicos es que la capacidad de generalizar a la población durante estos estudios puede ser cuestionable. Es importante tener en cuenta que la razón por la que se estudia a estos pacientes es porque tenían algún tipo de problema con su cerebro. Es razonable preguntarse si sus cerebros son representativos de “sujetos normales”, es decir, sujetos que no tienen lesiones u otros problemas.

Por ejemplo, quizás alguien con epilepsia, después de tener años de convulsiones, tiene una organización cerebral diferente a la de alguien sin epilepsia. En esa circunstancia, lo que aprendemos de ellos en un estudio de cerebro dividido puede no ser aplicable a una población no epiléptica.

Resumen

Hay muchas maneras para que investigadores y médicos aprendan sobre el cerebro y cómo funciona. Como se discute en esta sección, podemos utilizar animales para estudiar el cerebro y el sistema nervioso y tratar de trazar paralelismos entre lo que aprendemos de ellos y cómo funcionan nuestros propios cerebros. También discutimos cómo las personas con lesiones cerebrales u otros trastornos cerebrales (como la epilepsia) han llevado a los científicos a desarrollar técnicas para ayudarles a funcionar, y cómo estas técnicas (cirugías de cerebro dividido o procedimientos de Wada) también nos han proporcionado valiosa información sobre el cerebro.

Referencias

Gazzaniga, M. C. (1973). El cerebro partido en el hombre. En R. E. Ornstein (Ed.), La naturaleza de la conciencia humana: Un libro de lecturas (pp. 87-100). San Francisco: W. H. Freeman

Rosen V. (2018). Un Cerebro. ¿Dos Mentes? Muchas Preguntas. Revista de educación en neurociencias de pregrado: JUNIO: una publicación de FUN, Facultad de Neurociencia de Pregrado, 16 (2), R48—R50.